LVDS原理及設(shè)計指南--以及衍生的B-LVDS-M-LVDS--CML-LVPECL電平等
發(fā)布日期:2019-07-24
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LVDS原理及設(shè)計指南--以及衍生的B-LVDS-M-LVDS--CML-LVPECL電平等
LVDS是一種低擺幅的差分信號技術(shù)，它使得信號能在差分PCB 線對或平衡電纜上以幾百Mbps的速率傳輸，其低壓幅和低電流驅(qū)動輸出實現(xiàn)了低噪聲和低功耗。 IEEE 在兩個標準中對LVDS 信號進行了定義。ANSI/TIA/E IA -644 中，推薦最大速率為
655Mbps ，理論極限速率為1.923Mbps。
一、LVDS組成
LVDS 信號傳輸一般由三部分組成：差分信號發(fā)送器，差分信號互聯(lián)器，差分信號接收器。
差分信號發(fā)送器：將非平衡傳輸?shù)腡TL 信號轉(zhuǎn)換成平衡傳輸?shù)腖VDS 信號。
差分信號接收器：將平衡傳輸?shù)腖VDS 信號轉(zhuǎn)換成非平衡傳輸?shù)腡TL 信號。
差分信號互聯(lián)器：包括聯(lián)接線（電纜或者PCB 走線），終端匹配電阻。按照IEEE 規(guī)定 ，電阻為100 歐。我們通常選擇為100 ，120 歐。
二、 LVDS信號電平特性 （電流驅(qū)動--電壓接收--共模電壓由0-2.4v直流偏置，典型為1.2v--差模電壓：350mv由驅(qū)動電流提供-）
LVDS 物理接口使用1.2V 偏置電壓作為基準（共模直流電壓），提供大約350mV 擺幅（差模電壓）。
LVDS 驅(qū)動器由一個驅(qū)動差分線對的電流源組成（通常電流為3.5mA），
LVD S 接收器具有很高的輸入阻抗，因此驅(qū)動器輸出的電流大部分都流過10 0 Ω 的匹配電阻，并在接收器的輸入端產(chǎn)生大約350mV 的電壓。
電流源為恒流特性，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 = 420m V 。
由邏輯“0 ”電平變化到邏輯“1 ”電平是需要時間的。
由于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
三、抗干擾性：
0--1電平表示：當輸出V+=350MA電流，V-=0ma電流--那么輸出的為高電平（在接收端的匹配電阻轉(zhuǎn)換為電壓值350mv），反之為低電平。擺幅VOD=共模差值350MV
.jpg "差分信號")
在實際線路傳輸中，
V+總電流=A(交流350MA)+D(直流1.2V/100=12MA)-----當然了，最主要的還是差模電壓的交流信號
V-總電流=A(交流 0MA)+D(直流1.2V/100=12MA)-----當然了，最主要的還是差模電壓的交流信號
差值--（在100歐姆上的電壓）=[（350+12）-（0+12）]*100=0.35*100=0.35v=350mv
線路存在干擾，并且同時出現(xiàn)在差分線對上，
V+總電流=A(交流350MA)+D(直流1.2V/100=12MA) +G(干擾8ma)-----當然了，最主要的還是差模電壓的交流信號
V-總電流=A(交流 0MA)+D(直流1.2V/100=12MA）+G(干擾8ma)-----當然了，最主要的還是差模電壓的交流信號
差值--（在100歐姆上的電壓）=[（350+12+8）-（0+12+8）]*100=0.35*100=0.35v=350mv（由于干擾是加在差分線上的所以相等抵消了）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。在實際芯片中，是在噪聲容限內(nèi)，采
用“比較”及“量化”來處理的。
LVDS 接收器可以承受至少±1V 的驅(qū)動器與接收器之間的地的電壓變化。由于LVDS
驅(qū)動器典型的偏置電壓為+1.2V，地的電壓變化、驅(qū)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于接收器的地是共模電壓。這個共模范圍是：+0.2V～+2.2 V 。
建議接收器的輸入電壓范圍為：0V～+2.4V
四、耦合方式---AC(交流)--DC（直流）
直流耦合方式：---耦合電容---匹配電阻--
由于在接收器的輸入端相對于接收器的地是共模電壓。這個共模范圍是：+0.2V～+2.2 V
即：直流偏置電壓要求不高：+0.2V～+2.2 V都可以---
所以--可以直接使用源端的直流偏置電壓--即無論是高速低速--板間、板內(nèi)-最好都使用直流耦合方式
但是當---干擾很大的板間---直流偏置不在范圍內(nèi)的則采用交流耦合
交流耦合方式：---耦合電容---匹配電阻--偏置電壓（要加直流偏置電壓--V_BIAS,若芯片內(nèi)部不提供直流偏置的話要在外面接成這個樣子，而不能只是簡單的匹配電阻了）
優(yōu)點：
1、接收器的輸入波形將以偏置電壓V_BIAS為中心--這使得接收器件能在器件的最佳點工作---從而能減少抖動和改善性能
2、由于CML和LVPECL并非工業(yè)標準。因此對器件的閾值并不硬性規(guī)定。假設(shè)驅(qū)動器和接收器有可能來自不同的廠商，則交流耦合能消除不同廠商的產(chǎn)品之間存在的任何閾值差異造成的影響
3、交流耦合能消除驅(qū)動器和接收器之間的任何直流偏置--因此，對于各種技術(shù)之間的轉(zhuǎn)換非常有效
4、可以防止連個板卡或兩個系統(tǒng)之間出現(xiàn)電位差
應用：總之----交流耦合一般出現(xiàn)在采樣信號速率高和CML與LVPECL器件的應用情形中
五、衍生差分信號---CML---LVPECL---M-LVDS----B_LVDS
工業(yè)標準 最高速率 輸出擺幅 功耗
LVDS TIA/EIA-644 3.125Gbps 350MV 低
LVPECL 無 10 +Gbps 800MV 中高
CML 無 10 +Gbps 800MV 中
M-LVDS TIA/EIA-899 250Mbps 550MV 低
B-LVDS 無 800Mbps 550MV 低
電流模式邏輯----Current-Mode Logic-------CML
低壓正發(fā)射機耦合邏輯----Low-Voltage Positive-Emitter-Coupled--LVPECL
以上兩個電平標準沒有正式規(guī)范化---個廠商之間的心能差異很大
各種電平速度比較
直流偏置電壓比較
功耗比較
六、LVDS-CML-LVPECL三種電平的轉(zhuǎn)換
CML
LVPECL
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應用領(lǐng)域：新能源汽車電子、智能機器人、無人機、醫(yī)療電子、2.4G無線通訊、微波通信、光網(wǎng)絡(luò)通訊、藍牙、移動終端、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、及安防行業(yè)都取得一定的市場占有率。
晶友嘉提供專業(yè)貼片晶振、有源晶振、差分晶振、聲表諧振器等產(chǎn)品生產(chǎn)和供應，滿足您的所有晶振產(chǎn)品需求，電話：0755-32840201，歡迎來廠蒞臨指導。
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