俗稱為LVDS的標(biāo)準(zhǔn)用一個3.5mA的電流源提供電流模式輸出，來驅(qū)動一對端接100歐電阻的差分線，從而在接收電阻上產(chǎn)生大約350mV的電壓。該350mV擺幅的電壓以1.2V偏置電壓為中心。
因為LVDS采用差分線，從傳輸媒介上發(fā)出的電磁場輻射被抑制掉且產(chǎn)生的躁聲極低(見下圖)。此外，采用電流模式驅(qū)動器降低了出現(xiàn)鈴形信號或開關(guān)尖峰的風(fēng)險。差分方法進(jìn)一步增強了LVDS的能力，因為差分接收器抑制了來自外部的共模噪聲。優(yōu)異的抗噪聲性能不僅僅是(設(shè)計工程師所)需要的，也是維持和監(jiān)測低電壓所必需的。
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上圖顯示的是在差分線上偶或共模信號(a)與在正確的LVDS配置(b)中理想的等幅反相奇模信號，及不平衡信號(c)的相互作用。 |
低壓擺幅與受控的邊沿速率一起，使每一對差分線能夠達(dá)到100Mbps到1.25Gbps的高數(shù)據(jù)率。負(fù)載消耗的功率很小，因低壓擺幅和低電流源的原因，僅有3.5mA×350mV = 1.2mW。此外，由于能夠以較小的總線寬度實現(xiàn)高數(shù)據(jù)率傳輸，因而減少了電纜和連接器的尺寸。
LVDS也是一種流行的標(biāo)準(zhǔn)，因為許多半導(dǎo)體制造商現(xiàn)在提供各種類型的驅(qū)動器和接收器，他們包括：National Semiconductor、Texas Instruments、STMicroelectronics、Maxim和Fairchild。此外， FPGA供應(yīng)商Xilinx和Altera也在其產(chǎn)品中實現(xiàn)了LVDS接口。這些制造商已經(jīng)設(shè)計了適合各種類型應(yīng)用的芯片，它們包括：點對點數(shù)據(jù)傳輸、多支路或多點總線架構(gòu)、并/串行轉(zhuǎn)換、串/并處理和數(shù)據(jù)分布等等。
實現(xiàn)LVDS的技巧
在實現(xiàn)LVDS的時候，嚴(yán)格遵循差分傳輸線的設(shè)計實踐很重要。首先，設(shè)計工程師要仔細(xì)確保整個接口的阻抗匹配，將驅(qū)動器和接收器盡可能靠近連接器就可以做到這一點，經(jīng)驗做法是小于2.5cm。
兩條差分PCB布線應(yīng)該保持平行且等距；任何長度上的失配都可能引起電壓之間的相位差，從而導(dǎo)致共模噪聲。對于走線來說，要避免任何呈90°的拐角，要采用45°、半圓或斜角線。如果在PCB上需要不受控的阻抗，我們推薦兩條線都做同樣的處理，且它們的長度不要大于12mm。將差分線盡可能地靠近也是很好的設(shè)計實踐，這樣做可以減少環(huán)路面積，從而減少EMI發(fā)射。
當(dāng)選擇PCB本身的時候，我們推薦至少采用4層板，各層依此為：LVDS信號、地、電源和TTL信號。實心地平面有助于傳輸線互連的阻抗受控。電源層和地層之間的間隔越小，PCB的高頻旁路電容的性能就越好。CMOS/TTL電路應(yīng)該被隔離在另外一層，采用與LVDS不同的電源和地。這就能將交叉耦合干擾對LVDS信號線的影響降低到最小。
實心地
優(yōu)化電源和地分布系統(tǒng)的設(shè)計也有助于抑制EMI和信號完整性問題，通過將電源線上的噪聲限制在100mV以內(nèi)，可以減少大多數(shù)器件的EMI。如果一定要采用電源和地線來取代電源和地平面，應(yīng)該采用寬的布線以使阻抗最小。采用短和寬的地回路可以為鏡像電流創(chuàng)建最小的環(huán)路面積。小的環(huán)路面積將有助于將EMI控制在最小。
電纜也要采用地回路線，將該地線連接到收發(fā)兩系統(tǒng)。
典型的最佳實踐是確保電纜的一端被一個電容或電容/電阻網(wǎng)絡(luò)連接到地。用兩個通孔將旁路電容焊盤連接到電源和地，以最大限度地減少電感效應(yīng)。最后，在傳輸線上的電容負(fù)載還要監(jiān)視，因為電容的增加將導(dǎo)致阻抗減少，進(jìn)而減少可用的噪聲門限。
針對汽車應(yīng)用的考慮
盡管設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)很少，因為所有功能已經(jīng)被幾家汽車模塊供應(yīng)商做到了，以實現(xiàn)前述的許多功能?，F(xiàn)在在生產(chǎn)的最常見的基于并/串和串/并轉(zhuǎn)換(SERDES)的高速信息娛樂視頻傳輸差分線長達(dá)10米。這些視頻數(shù)據(jù)可以來自DVD播放機、導(dǎo)航系統(tǒng)或遠(yuǎn)端安裝的攝像機。
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汽車中常見的LVDS鏈路 |
上圖描述了汽車中常見的LVDS鏈路，根據(jù)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，可以采用諸如國家半導(dǎo)體等公司的芯片組來實現(xiàn)并/串和串/并轉(zhuǎn)換。有些并/串和串/并轉(zhuǎn)換芯片能夠?qū)?1位CMOS/TTL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為3數(shù)據(jù)和1時鐘LVDS對，還有一些并/串和串/并轉(zhuǎn)換芯片能夠?qū)?0位LVCMOS/LVTTL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一對具有嵌入式時鐘的數(shù)據(jù)對。此外，諸如交叉點開關(guān)之類的產(chǎn)品還可以補充其數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，用于路由多條數(shù)據(jù)流。
隨著LVDS在汽車應(yīng)用中重要性的增加，業(yè)內(nèi)已經(jīng)對現(xiàn)有產(chǎn)品作出了改進(jìn)，例如，許多產(chǎn)品已經(jīng)符合高溫工作的要求(-40到125℃環(huán)境溫度)。
為了滿足高溫的需求，國半提供的新型DS90C124和DS90C241 Serdes(并/串和串/并轉(zhuǎn)換)芯片組已經(jīng)解決了若干汽車行業(yè)關(guān)心的問題，現(xiàn)在已經(jīng)可以將24位CMOS/TTL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具有嵌入式時鐘的一對數(shù)據(jù)。這種兩線接口極大地減少了電纜成本，而傳輸數(shù)率卻高達(dá)840Mbps。
汽車應(yīng)用關(guān)心的另外一個問題是需要交流耦合傳輸媒介，并保護(hù)其免出故障。這種新型的芯片組容許通過集成一個DC平衡算法來實現(xiàn)交流耦合傳輸媒介，從而防止交流耦合電容造成數(shù)據(jù)中的任何錯位。
另外，一種稱為預(yù)加重的技術(shù)改善了芯片的驅(qū)動性能，確保了10米的傳輸距離。
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DS90C124/241芯片組的方塊圖。 |
為了便于實際實現(xiàn)汽車中的兩線LVDS方案，諸如Yazaki、Hirose、Rosenberger和JAE之類的公司已經(jīng)開發(fā)了汽車級電纜和連接器。這些電纜通常采用總體屏蔽措施來實現(xiàn)屏蔽雙絞線。它們還可以傳輸電源和地，并提供在線連接器以適應(yīng)汽車裝配的連接要求。
汽車電子技術(shù)持續(xù)不斷地發(fā)展，顯然，對越來越大的數(shù)據(jù)吞吐量的需求也將增長。隨著這些應(yīng)用的增加，LVDS供應(yīng)商現(xiàn)在正在計劃補充現(xiàn)有的產(chǎn)品線，以進(jìn)一步滿足汽車行業(yè)的需求。更快數(shù)據(jù)率的芯片組能夠支持更高的視頻分辨率，而集成功能組能夠滿足更多特定的需要，如攝像系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)流。由于LVDS實現(xiàn)具有低噪聲、低功耗和低的相對成本，因而可能對低速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用也有吸引力，如數(shù)字音響或控制信號。
LVDS已經(jīng)被證實是在惡劣的汽車環(huán)境中的一種可行的數(shù)據(jù)傳輸方法，隨著針對應(yīng)用的需求的不斷涌現(xiàn)，LVDS看來對于滿足汽車數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的需求越來越有吸引力。
（轉(zhuǎn)載）
