LVDS技術(shù)原理和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介.pdf

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1、LVDS技術(shù)原理和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介摘要：介紹了LVDS（低電壓差分信號(hào)）技術(shù)的原理和應(yīng)用，并討論了在單板和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用LVDS時(shí)的布線技巧。關(guān)鍵詞：LVDSPCB設(shè)計(jì)１LVDS介紹LVDS（LowVoltageDifferentialSignaling)是一種低擺幅的差分信號(hào)技術(shù)，它使得信號(hào)能在差分PCB線對(duì)或平衡電纜上以幾百M(fèi)bps的速率傳輸，其低壓幅和低電流驅(qū)動(dòng)輸出實(shí)現(xiàn)了低噪聲和低功耗。幾十年來，5V供電的使用簡(jiǎn)化了不同技術(shù)和廠商邏輯電路之間的接口。然而，隨著集成電路的發(fā)展和對(duì)更高數(shù)據(jù)速率的要求，低壓供

2、電成為急需。降低供電電壓不僅減少了高密度集成電路的功率消耗，而且減少了芯片內(nèi)部的散熱，有助于提高集成度。減少供電電壓和邏輯電壓擺幅的一個(gè)極好例子是低壓差分信號(hào)（LVDS）。LVDS物理接口使用1.2V偏置提供400mV擺幅的信號(hào)（使用差分信號(hào)的原因是噪聲以共模的方式在一對(duì)差分線上耦合出現(xiàn)，并在接收器中相減從而可消除噪聲）。LVDS驅(qū)動(dòng)和接收器不依賴于特定的供電電壓，因此它很容易遷移到低壓供電的系統(tǒng)中去，而性能不變。作為比較，ECL和PECL技術(shù)依賴于供電電壓，ECL要求負(fù)的供電電壓，PECL參考正的供

3、電電壓總線上電壓值（Vcc)而定。而ＧLVDS是一種發(fā)展中的標(biāo)準(zhǔn)尚未確定的新技術(shù)，使用500mV的供電電壓可提供250mV的信號(hào)擺幅。不同低壓邏輯信號(hào)的差分電壓擺幅示于圖１。LVDS在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中定義。IEEEP1596.3(1996年３月通過)，主要面向SCI(ScalableCoherentInterface)，定義了LVDS的電特性，還定義了SCI協(xié)議中包交換時(shí)的編碼；ANSI/EIA/EIA-644(1995年11月通過)，主要定義了LVDS的電特性，并建議了655Mbps的最大速率和1.823

4、Gbps的無失真媒質(zhì)上的理論極限速率。在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中都指定了與物理媒質(zhì)無關(guān)的特性，這意味著只要媒質(zhì)在指定的噪聲邊緣和歪斜容忍范圍內(nèi)發(fā)送信號(hào)到接收器，接口都能正常工作。LVDS具有許多優(yōu)點(diǎn)：①終端適配容易；②功耗低；③具有fail-safe特性確?？煽啃?；④低成本；⑤高速傳送。這些特性使得LVDS在計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、消費(fèi)電子等方面得到了廣泛應(yīng)用。圖２給出了典型的LVDS接口，這是一種單工方式，必要時(shí)也可使用半雙工、多點(diǎn)配置方式，但一般在噪聲較小、距離較短的情況下才適用。每個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)連接的差分對(duì)由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器、

5、互連器和接收器組成。驅(qū)動(dòng)器和接收器主要完成TTL信號(hào)和LVDS信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。互連器包含電纜、PCB上差分導(dǎo)線對(duì)以及匹配電阻。LVDS驅(qū)動(dòng)器由一個(gè)驅(qū)動(dòng)差分線對(duì)的電流源組成　通常電流為3.5mA)，LVDS接收器具有很高的輸入阻抗，因此驅(qū)動(dòng)器輸出的電流大部分都流過100Ω　的匹配電阻，并在接收器的輸入端產(chǎn)生大約350mA的電壓。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器翻轉(zhuǎn)時(shí)，它改變流經(jīng)電阻的電流方向，因此產(chǎn)生有效的邏輯″1″和邏輯″0″狀態(tài)。低擺幅驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)了高速操作并減小了功率消耗，差分信號(hào)提供了適當(dāng)噪聲邊緣和功率消耗大幅減少的低

6、壓擺幅。功率的大幅降低允許在單個(gè)集成電路上集成多個(gè)接口驅(qū)動(dòng)器和接收器。這提高了PCB板的效能，減少了成本。不管使用的LVDS傳輸媒質(zhì)是PCB線對(duì)還是電纜，都必須采取措施防止信號(hào)在媒質(zhì)終端發(fā)生反射，同時(shí)減少電磁干擾。LVDS要求使用一個(gè)與媒質(zhì)相匹配的終端電阻（100±20Ω），該電阻終止了環(huán)流信號(hào)，應(yīng)該將它盡可能靠近接收器輸入端放置。LVDS驅(qū)動(dòng)器能以超過155.5Mbps的速度驅(qū)動(dòng)雙絞線對(duì)，距離超過１０ｍ。對(duì)速度的實(shí)際限制是：①送到驅(qū)動(dòng)器的TTL數(shù)據(jù)的速度；②媒質(zhì)的帶寬性能。通常在驅(qū)動(dòng)器側(cè)使用復(fù)用器、

7、在接收器側(cè)使用解復(fù)用器來實(shí)現(xiàn)多個(gè)TTL信道和一個(gè)LVDS信道的復(fù)用轉(zhuǎn)換，以提高信號(hào)速率，降低功耗。并減少傳輸媒質(zhì)和接口數(shù)，降低設(shè)備復(fù)雜性。LVDS接收器可以承受至少±1V的驅(qū)動(dòng)器與接收器之間的地的電壓變化。由于LVDS驅(qū)動(dòng)器典型的偏置電壓為+1.2V，地的電壓變化、驅(qū)動(dòng)器偏置電壓以及輕度耦合到的噪聲之和，在接收器的輸入端相對(duì)于接收器的地是共模電壓。這個(gè)共模范圍是：+0.2V～+2.2V。建議接收器的輸入電壓范圍為：0V～+2.4V。２LVDS系統(tǒng)的設(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

8、經(jīng)驗(yàn)并了解差分信號(hào)的理論。設(shè)計(jì)高速差分板并不很困難，下面將簡(jiǎn)要介紹一下各注意點(diǎn)。2.1PCB板　(A）至少使用４層PCB板（從頂層到底層）：LVDS信號(hào)層、地層、電源層、TTL信號(hào)層；（B）使TTL信號(hào)和LVDS信號(hào)相互隔離，否則TTL可能會(huì)耦合到LVDS線上，最好將TTL和LVDS信號(hào)放在由電源／地層隔離的不同層上；（C）使LVDS驅(qū)動(dòng)器和接收器盡可能地靠近連接器的LVDS端；（D）使用分布式的多個(gè)電容來旁路LVDS設(shè)備，表面貼電容靠近電源／地層管腳放