簡要
低電壓差分訊號(Low-Voltage Differential Signaling, LVDS)是一種電子訊號系統,可滿足現今對高效能資料傳輸套用的需求,同時系統供電電壓減低到2伏特,適用於解析度高於SVGA的TFTLCD顯示裝置,目前已得到了廣泛的套用,甚至可以嵌入到FPGA、ASIC或其他元件身上。
LVDS與USB、1394一樣都是差分信號。1995年11月ANSI/TIA/EIA-644規劃“Electrical Characteristics of Low Voltage Differential Signaling (LVDS) Interface Circuits.”完成認證。1994年由國家半導體公司引進。LVDS是採用差分的傳輸方式,電壓輸出與接收端需要100歐姆的終端阻抗(Terminating Resistor)。LVDS允許採用點對點(Point-to-Point)與分支(Multi-Drop)的連線方式。實現差分信號使用MS(Microstrip)線路或ST(Stripline)線路。
參見
IEEE在兩個標準中對LVDS信號進行了定義。ANSI/TIA/EIA-644中,推薦最大速率為655Mbps,理論極限速率為1923Mbps。
LVDS信號傳輸組成
LVDS信號傳輸一般由三部分組成:差分信號傳送器,差分信號互聯器,差分信號接收器。
差分信號傳送器:將非平衡傳輸的TTL信號轉換成平衡傳輸的LVDS信號。通常由一個IC來完成,如:DS90C031
差分信號接收器:將平衡傳輸的LVDS信號轉換成非平衡傳輸的TTL信號。通常由一個IC來完成,如:DS90C032
差分信號互聯器:包括聯接線(電纜或者PCB走線),終端匹配電阻。按照IEEE規定,電阻為100歐。我們通常選擇為100,120歐。
LVDS信號電平特性
LVDS物理接口使用1.2V偏置電壓作為基準,提供大約400mV擺幅。
LVDS驅動器由一個驅動差分線對的電流源組成(通常電流為3.5mA),LVDS接收器具有很高的輸入阻抗,因此驅動器輸出的電流大部分都流過100Ω 的匹配電阻,並在接收器的輸入端產生大約350mV 的電壓。
電流源為恆流特性,終端電阻在100――120歐姆之間,則電壓擺動幅度為:3.5mA * 100 = 350mV ;3.5mA * 120 = 420mV 。
由於LVDS信號物理電平變化在0.85――1.55V之間,其由邏輯“0”電平到邏輯“1”電平變化的時間比TTL電平要快得多,所以LVDS更適合用來傳輸高速變化信號。其低壓特點,功耗也低。
採用低壓技術適應高速變化信號,在微電子設計中的例子很多,如:FPGA晶片的核心供電電壓為2。5V或1.8V;PC機的CPU核心電壓,PIII800EB為1.8V;數據傳輸領域中很多功能晶片都採用低電壓技術。
差分信號抗噪特性
從差分信號傳輸線路上可以看出,若是理想狀況,線路沒有干擾時,
在傳送側,可以形象理解為:
IN=IN+ - IN-
在接收側,可以理解為:
IN+ - IN-=OUT
所以:
OUT=IN
在實際線路傳輸中,線路存在干擾,並且同時出現在差分線對上,
在傳送側,仍然是:
IN=IN+ - IN-
線路傳輸干擾同時存在於差分對上,假設干擾為q,則接收則:
(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。在實際晶片中,是在噪聲容限內,採用“比較”及“量化”來處理的。
LVDS接收器可以承受至少±1V的驅動器與接收器之間的地的電壓變化。由於LVDS驅動器典型的偏置電壓為+1.2V,地的電壓變化、驅動器偏置電壓以 及輕度耦合到的噪聲之和,在接收器的輸入端相對於接收器的地是共模電壓。這個共模範圍是:+0.2V~+2.2V。建議接收器的輸入電壓範圍為:0V~+ 2.4V。
抑止共模噪聲
抑止共模噪聲是DS(差分信號)的共同特性,如RS485,RS422電平,採用差分平衡傳輸,由於其電平幅度大,更不容易受干擾,適合工業現場不太惡劣環境下通訊。