低电压差分信号
低摆幅的差分信号技术
LVDS:Low Voltage Differential Signaling,低电压差分信号。LVDS传输支持速率一般在155Mbps(大约为77MHz)以上。LVDS是一种低摆幅的差分信号技术,它使得信号能在差分PCB线对或平衡电缆上以几百Mbps的速率传输,其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。
简要
低电压差分讯号(Low-Voltage Differential Signaling,LVDS)是一种电子讯号系统,可满足现今对高效能资料传输应用的需求,同时系统供电电压减低到2伏特,适用于分辨率高于SVGATFTLCD显示装置,目前已得到了广泛的应用,甚至可以嵌入到FPGAASIC或其他元件身上。
LVDS与USB1394一样都是差分信号。1995年11月ANSI/TIA/EIA-644规划“Electrical Characteristics of Low Voltage Differential Signaling (LVDS) Interface Circuits.”完成认证。1994年由国家半导体公司引进。LVDS是采用差分的传输方式,电压输出与接收端需要100欧姆的终端阻抗(Terminating Resistor)。LVDS允许采用点对点(Point-to-Point)与分支(Multi-Drop)的连接方式。实现差分信号使用MS(Microstrip)线路或ST(Stripline)线路。
参见
IEEE在两个标准中对LVDS信号进行了定义。ANSI/TIA/EIA-644中,推荐最大速率为655Mbps,理论极限速率为1923Mbps。
LVDS信号传输组成
LVDS信号传输一般由三部分组成:差分信号发送器,差分信号互联器,差分信号接收器。
差分信号发送器:将非平衡传输的TTL信号转换成平衡传输的LVDS信号。通常由一个IC来完成,如:DS90C031
差分信号接收器:将平衡传输的LVDS信号转换成非平衡传输的TTL信号。通常由一个IC来完成,如:DS90C032
差分信号互联器:包括联接线(电缆或者PCB走线),终端匹配电阻。按照IEEE规定,电阻为100欧。我们通常选择为100,120欧。
LVDS信号电平特性
LVDS物理接口使用1.2V偏置电压作为基准,提供大约400mV摆幅。
LVDS驱动器由一个驱动差分线对的电流源组成(通常电流为3.5mA),LVDS接收器具有很高的输入阻抗,因此驱动器输出的电流大部分都流过100Ω 的匹配电阻,并在接收器的输入端产生大约350mV 的电压。
电流源为恒流特性,终端电阻在100――120欧姆之间,则电压摆动幅度为:3.5mA * 100 = 350mV ;3.5mA * 120 = 420mV 。
由于LVDS信号物理电平变化在0.85――1.55V之间,其由逻辑“0”电平到逻辑“1”电平变化的时间比TTL电平要快得多,所以LVDS更适合用来传输高速变化信号。其低压特点,功耗也低。
采用低压技术适应高速变化信号,在微电子设计中的例子很多,如:FPGA芯片的内核供电电压为2。5V或1.8V;PC机的CPU内核电压,PIII800EB为1.8V;数据传输领域中很多功能芯片都采用低电压技术。
差分信号抗噪特性
从差分信号传输线路上可以看出,若是理想状况,线路没有干扰时,
在发送侧,可以形象理解为:
IN=IN+ - IN-
在接收侧,可以理解为:
IN+ - IN-=OUT
所以:
OUT=IN
在实际线路传输中,线路存在干扰,并且同时出现在差分线对上,
在发送侧,仍然是:
IN=IN+ - IN-
线路传输干扰同时存在于差分对上,假设干扰为q,则接收则:
(IN+ + q)-(IN- + q)=IN+ - IN-=OUT
所以:
OUT=IN
噪声被抑止掉。
上述可以形象理解差分方式抑止噪声的能力。在实际芯片中,是在噪声容限内,采用“比较”及“量化”来处理的。
LVDS接收器可以承受至少±1V的驱动器与接收器之间的地的电压变化。由于LVDS驱动器典型的偏置电压为+1.2V,地的电压变化、驱动器偏置电压以 及轻度耦合到的噪声之和,在接收器的输入端相对于接收器的地是共模电压。这个共模范围是:+0.2V~+2.2V。建议接收器的输入电压范围为:0V~+ 2.4V。
抑止共模噪声
抑止共模噪声是DS(差分信号)的共同特性,如RS485,RS422电平,采用差分平衡传输,由于其电平幅度大,更不容易受干扰,适合工业现场不太恶劣环境下通讯。
参考资料
最新修订时间:2023-01-25 11:39
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