LVDS信號(hào)傳輸原理

LVDS原理與應(yīng)用簡介（1）2007010616:30LVDS信號(hào)介紹LVDS：LowVoltageDifferentialSignaling，低電壓差分信號(hào)。155Mbps（77MHZ）以上。LVDSPCBMbpsIEEE準(zhǔn)中對(duì)LVDS信號(hào)進(jìn)行了定義。ANSI/TIA/EIA-644中，推薦最大速率為655Mbps，1.923Mbps。LVDS圖1 LVDS信號(hào)傳輸組成圖LVDS信號(hào)接收器。TTLLVDSICTTLIC分信號(hào)互聯(lián)器：包括聯(lián)接線（PCB），100100，120LVDSLVDS1.2V400mVLVDS（100Ω350mV的電壓。100――1203.5mA*100=350mV；3.5mA*120=420mVLVDSPECL（光收發(fā)器使用的電平）電平變化。圖2 LVDS與PECL電平圖示由邏輯“0”電平變化到邏輯“1LVDS信號(hào)物理085――155V0”電平到邏輯“1TTLLVDS點(diǎn)，功耗也低。采用低壓技術(shù)適應(yīng)高速變化信號(hào)，在微電子設(shè)計(jì)中的例子很多，如：FPGA25V1.8VPCCPUPIII800EB數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域中很多功能芯片都采用低電壓技術(shù)。差分信號(hào)抗噪特性從差分信號(hào)傳輸線路上可以看出，若是理想狀況，線路沒有干擾時(shí)，在發(fā)送側(cè)，可以形象理解為：IN=IN+-IN-在接收側(cè)，可以理解為： IN+-IN-=OUT所以： OUT=IN在實(shí)際線路傳輸中，線路存在干擾，并且同時(shí)出現(xiàn)在差分線對(duì)上在發(fā)送側(cè)，仍然是：IN= IN+-IN-q，(IN++q)-(IN-+q)=IN+-IN-OUT所以： OUT=IN噪聲被抑止掉。上述可以形象理解差分方式抑止噪聲的能力。在實(shí)際芯片中，是在噪聲容限內(nèi)，采用“比較”及“量化”來處理的。LVDS±1VLVDS模范圍是：+0.2V～+2.2V。建議接收器的輸入電壓范圍為：0V～+2.4V。抑止共模噪聲是DS（差分信號(hào)）的共同特性，如RS485,RS422電平，采用差下通訊。LVDS系統(tǒng)設(shè)計(jì)LVDS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者應(yīng)具備超高速單板設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)并了解差分信號(hào)的理論。設(shè)計(jì)高速差分板并不困難，下面將簡要介紹一下各注意點(diǎn)。PCBPCB（從頂層到底層TTL信號(hào)層；TTLLVDSTTLLVDSTTLLVDS使LVDSLVDS離；LVDSLVDS表面貼電容靠近電源／地層管腳放置；電源層和地層應(yīng)使用粗線；PCB連接兩個(gè)系統(tǒng)的地層；板上導(dǎo)線都有較好性能；帶狀線在信號(hào)間提供了更好的屏蔽，兩層地將信號(hào)層屏蔽住。差分線（距離小于這樣能減少反射并能確保耦合到的噪聲為共模噪聲；差而導(dǎo)致電磁輻射；實(shí)現(xiàn)差分線的隔離；盡量減少過孔和其它會(huì)引起線路不連續(xù)性的因素；90°45°折線來代替；終端90～130Ω間，系統(tǒng)也需要此終端電阻來產(chǎn)生正常工作的差分電壓；最好使用精度１～2%的表面貼電阻跨接在差分線上，必要時(shí)也可使用兩50Ω如采用電纜傳輸信號(hào)時(shí)候，若環(huán)境干擾大，就可以用此方式。未使用的管腳LVDSLVDSTTLTTL媒質(zhì)（電纜和連接器）選擇僅就減少噪聲和提高信號(hào)質(zhì)量而言，平衡電纜（如雙絞線對(duì)）非平衡電纜好；0.5m0.5m～10m之間時(shí),CAT3(Categiory3)雙絞線對(duì)電纜效果好、便宜并且容易買到；距離大10mCAT5在噪聲環(huán)境中提高可靠性設(shè)計(jì)LVDS接收器在內(nèi)部提供了可靠性線路，用以保護(hù)在接收器輸入懸空、接收收器上的電纜沒有連接到驅(qū)動(dòng)器上時(shí)，它并沒有提供在噪聲環(huán)境中的可靠性保證。在此情況下，電纜就變成了浮動(dòng)的天線，如果電纜感應(yīng)到的噪聲超過用平衡或屏蔽電纜。根據(jù)實(shí)際情況，正確分析設(shè)計(jì)發(fā)送/接收器的“門控端”，使發(fā)送接收數(shù)據(jù)/概述LVDSRS-6442090年代才出現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)傳輸和接口技LVDS即低電壓差分信號(hào)，這種技術(shù)的核心是采用極低的電壓擺幅高速差動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，傳輸介質(zhì)可以是銅質(zhì)的PCB連線，也可以是平衡電纜。LVDS在對(duì)信號(hào)完整性。低抖動(dòng)及LVDS技術(shù)規(guī)范有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：一個(gè)是TIA/EIA(的ANSI/TIA/EIA－644標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)是IEEE1596.3標(biāo)準(zhǔn)。199511ANSI/TIA/EIA－64419963月，IEEEIEEE1596.3標(biāo)準(zhǔn)。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)注重于對(duì)LVDS接口的電特性。互連與線LVDS可采用CMOS.GaAs+5V甚至更低；其傳輸介質(zhì)可以是PCB655Mbps,1.923Gbps。LVDS接口的原理及電特性一個(gè)簡單的LVDS傳輸系統(tǒng)由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器通過一段差分阻抗為100Ω的導(dǎo)體連接而成，如圖1(通常為3.5mA)來驅(qū)動(dòng)差分線對(duì)，由于接收器的直流輸入阻抗很高，驅(qū)動(dòng)器電流大部分直接流過100Ω的終端電阻，從而在接收器輸入端350mV產(chǎn)生和LVDS接收器中，100Ω左右的電阻直接集成在片內(nèi)輸入端上了，如MAXIM公司的MAX9121/9122等。在LVDS系統(tǒng)中，采用差分方式傳送數(shù)據(jù)，有著比單端傳輸方式更強(qiáng)的共模噪聲抑制能力。道理很簡單，因?yàn)橐粚?duì)差分(來傳送信號(hào)，從而可以大大提高數(shù)據(jù)傳輸速率和降低功耗。表1是LVDS驅(qū)動(dòng)器的主要電特性參數(shù)表2是接收器的主要電特性參數(shù)表3是LVDS與其他幾種接口的性能比較。同為差分傳輸接口與RS-422.PECL相比，在傳輸速率。功耗。接收靈敏度和成本等方面都有優(yōu)越性；與傳統(tǒng)的TTL/CMOS接口相比，LVDS在高速。低抖動(dòng)及對(duì)共模特性要求較高的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。LVDS的低功耗。低誤碼率。低串?dāng)_。低輻射和高速的性能，使得它在激光打印機(jī)。蜂窩移動(dòng)電話基站。網(wǎng)絡(luò)路由器。數(shù)字交叉連接和時(shí)鐘分配系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。LVDS接口電路的設(shè)計(jì)為便于LVDS接口電路的設(shè)計(jì)，有多家公司生產(chǎn)了專門的LVDS收發(fā)器芯片，如NI公司的DS90LV017A驅(qū)動(dòng)器和DS90LV018A接收器TI公司的SN65LVDS31驅(qū)動(dòng)器和SN65LVDS32接收器。MAXIM公司的MAX9123驅(qū)動(dòng)器和MAX9122接收器等等不同的芯片又具有不同的電平兼容性公司的DS90LV031/032采+5V電源供電可直接與TTL/CMOS信號(hào)接口。而MAX9123/9122則采用+3.3V的工作電源，可直接與LVTTL/LVCMOS信號(hào)接口，并且MAX9122的數(shù)據(jù)輸入端直接集成了107Ω的終接電阻。設(shè)計(jì)LVDS接口，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題根據(jù)系統(tǒng)的工作電源配置情況和需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)電平，合理選用驅(qū)動(dòng)器和接收器芯片，或者根據(jù)接口芯片的情況，對(duì)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)首先進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。如果是TTL/CMOS電平，可直接采用DS90LV031進(jìn)行傳輸，在對(duì)端用DS90LV032進(jìn)行接收。而如果傳輸 LVTTL/LVCMOS電平的數(shù)據(jù)，就可以直接選用MAX9123/9122等低電壓接口芯片。2.注意阻抗匹配。既要根據(jù)接收器輸入端的情況確定是否需要外接100ΩPCB的板材和參數(shù)合理設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器的線輸出阻抗，使其在90～107ΩPCB傳輸線要盡可能地短，因?yàn)檫^長的線路，不但傳輸衰耗加大，降低了傳輸速率，而且阻抗也容易失配，并可能影響到信號(hào)的完整性。3.根據(jù)LVDS100Ω，當(dāng)雙絞線長度為10m時(shí)，傳輸速率可達(dá)400Mbps20m100Mbps100m時(shí)，速10Mbps4.多數(shù)LVDS如果沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入，它們會(huì)不確定地被直接與地或Vcc相連，有可能造成邏輯錯(cuò)誤。所以，除非有特別說明，接口芯片的使能輸入端不要懸空。圖2是采用MAXIM公司的一片MAX9123驅(qū)動(dòng)器和一片MAX9122接收器設(shè)計(jì)的一個(gè)4通道LVDS點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的單工接口。該接口工作電源為+3.3V,驅(qū)動(dòng)器輸入和接收器輸出數(shù)據(jù)為LVTTL/LVCMOS電平。MAX9123/9122/MAX107Ω(使能端接固定電平),傳輸速率最高可達(dá)Mbps。數(shù)字視頻中cameralinklvds的應(yīng)用CameraLink是適用于視覺應(yīng)用數(shù)字相機(jī)與圖像采集卡間的通信接口。這一接口擴(kuò)展了ChannelLink技術(shù)，提供了視覺應(yīng)用的詳細(xì)規(guī)范。Camera Link 就是專為機(jī)器視覺的高端應(yīng)用設(shè)計(jì)的，其基礎(chǔ)是美國NationalSemiconductor公司的驅(qū)動(dòng)平板顯示器的ChannelLink2000年由幾家專做圖像卡和頻等作了考慮，結(jié)果是對(duì)于機(jī)器視覺的應(yīng)用提供了很多方便，例如數(shù)據(jù)的傳輸率非常高，(Base)(Medium)等支持格式，可以根據(jù)分辨率、速度等自由選擇。圖像卡和攝像機(jī)之間的通訊采用了LVDS(LowDifferentialSignaling)格式，速度快而且抗噪較好。圖像卡和攝像機(jī)之間使用專門的103MDR26-pin接線。如果你的應(yīng)用要求高速度、高分辨率，而且你有足夠的資金，那么考慮選CameraLinkCameraLink(1．55×0．51)議的傳輸距離較近，雖然可以使用光線把距離增加到數(shù)百米，但成本高昂。Diffe