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  • 2019-11-06 08:28
    深度解读低压差分信号LVDS
  • 目前的点对点物理层接口,如RS-232、RS-422、RS-485、SCSI以及其他数据传输标准,由于在速度、噪声、EMI/EMC、功耗、成本等方面所固有的限制,使其越来越难以胜任实际的应用,所以在一些低电压工作环境中受到限制。在高速点对点数据传输中,低压差分信号(LowVoltage Differential Signaling,LVDS)技术具有可以对发射极耦合逻辑和各种高速I/O接口提供低功耗、低电压的特点。LVDS正是在这种背景下发展起来的驱动高速数据传输技术,现在广泛地应用在电信通信、数据通信和显示设备上的点对点通信中。高速数据通信可分为系统间的通信和系统内的通信,LVDS技术主要应用在系统内的数据通信,这是由于系统间的通信一般需要标准的通信协议,例如IEEE 1394、吉比特以太网等。如果在系统内使用这些协议,则在硬件和软件上的开销太大,所以简单、廉价的LVDS技术成为系统内数据通信的主要技术。LVDS技术主要应用在电路板内部、电路板与电路板之间,甚至机架与机架之间的数据通信,其传输介质为铜芯线或印制电路板连线。一、低压差分信号的电气标准LVDS最早是由美国国家半导体公司(National Semiconductor)提出的一种高速信号传输电平。国际上有两个工业标准定义了LVDS:ANSI/TIA/EIA-644(Telecommunication Industry Association/Electronic Industries Association)和IEEE 1996.3标准。ANSI/TIA/EIA-644(1995年11月通过)标准定义了LVDS的电气规范,包括驱动器输出和接收器输入的电气规范,但它并不包括功能性的规范、传输协议或传输介质特性。IEEE 1996.3标准(1996年3月通过)是可升级一致接口(Scalable Coherent Interface,SCI)的一个子集,该标准定义了SCI物理层接口的电气规范,它与ANSI/TIA/EIA-644相似,但ANSI/TIA/EIA-644更为一般,主要面向多重应用,而IEEE建立SCI-LVDS标准主要是为了SCI节点间的通信。ANSI/TIA/EIA-644标准定义了理论最大传输速率为1.923Gb/s,但其推荐的最大传输速率为655Mb/s;而IEEE 1996.3标准支持最大为250Mb/s的传输速率。这两个标准都指定了与物理介质无关的特性,只要介质在指定的噪声容限内将信号发送到接收器,LVDS接口均可正常工作。通常提到的LVDS标准是指ANSI/TIA/EIA-644标准,2001年ANSI/TIA/EIA-644标准已经被重新修订,电气标准如表1所示。表1 ANSI/TIA/EIA-644-A标准

    ANSI/TIA/EIA-644-A标准建议的最高数据传输速率为655Mb/s(限制基础上的假设),同时也提供了基于耗损介质上的理论最高传输速率为1.923Gb/s。参照此标准,以指定的最大数据传输速率是根据所需信号的质量和媒体长度/类型决定的。另一个LVDS标准出自于IEEE项目,这个标准的实现为建立一个如连接处理器、多处理系统或集团工作站到集群通用的标准作出了很大的贡献。可扩展一致性接口(SCI)原先计划为差分电路接口,提供了高数据速率的要求,但没有解决电力关注的问题。低功耗SCI-LVDS标准后来被定义为SCI的一个子集,并被IEEE确定为1596.3标准。SCI-LVDS标准还规定了针对高速/低功耗物理层接口信号水平(电气规格)类似ANSI/TIA/EIA-644-A的标准。该标准还规定了编码交换中使用SCI数据传输标准。IEEE 1596.3标准于1996年3月被批准通过,但5年期满后未延期。为了标准定义范围更宽,并没从具体的技术、介质和电压的供给上进行定义,也就是在CMOS、GaAs及其他技术上,无论是5V、3.3V,还是低于3V的电源,传输是PCB的布线或是线缆都可应用到LVDS技术。二、低压差分信号的特点低压差分信号(LowVoltage Differential Signal,LVDS)是一种低电压摆幅的通用I/O标准。LVDS的低电压摆动差分信号技术为系统提供了高速数据传输、抑制共模噪声及降低功耗的能力,从而解决了物理层点对点传输的瓶颈问题,保证了数据的高速传输。LVDS的产生降低了系统功耗,提高了芯片的集成度。单通道LVDS信号的负载(100Ω电阻)功耗大约为1.2mW,而RS-422的功耗则为90mW,约为LVDS的75倍。同时,LVDS提供更低的静态功耗,约为PECL/ECL的1/10。因此,LVDS具有如下特点。1.高数据率、低功耗在ANSI/TIA/EIA-644定义中的LVDS标准,其理论极限速率为1.923Gb/s,恒流源模式、低摆幅输出的工作模式决定着LVDS具有高速驱动的能力。LVDS典型的开关电压为350mV,使得在数据提高的同时,功耗得以降低。LVDS每通道的直流电流为3.5mA,负载功耗的计算可由下式表示。

  • 文章关键词: LVDS 低压差分信号
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