芯耀
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一、LVDS介紹
LVDS 代表低壓差分信號(hào)，由 TIA/EIA-644 標(biāo)準(zhǔn)定義。它僅屬于物理層，這意味著它純粹是電氣層面的，沒(méi)有用于傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議。我們只需觀察其架構(gòu)就能明白這一點(diǎn)。
其最基本的形式由一個(gè)差分發(fā)送器和一個(gè)差分接收器組成。與單端信號(hào)不同，單端信號(hào)測(cè)量的是信號(hào)與地之間的差值，而 LVDS 測(cè)量的是信號(hào)的同相電平和反相電平之間的差值。
在傳輸線的末端放置一個(gè)終端電阻來(lái)終結(jié)信號(hào)。這個(gè)終端電阻以及 LVDS 驅(qū)動(dòng)器電流共同產(chǎn)生差分電壓。這個(gè)電阻必須與傳輸線的特性阻抗相匹配。通常情況下，阻值為 100 Ω。
這個(gè)電阻會(huì)在傳輸線中產(chǎn)生一個(gè)短截線，這可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射。所以電阻應(yīng)盡可能靠近接收器放置，以縮短短截線的長(zhǎng)度。信號(hào)的共模電壓也以相對(duì)于地偏移 1.2 V為中心。
對(duì)于 2.5 V、3.3 V和 5 V供電的設(shè)備來(lái)說(shuō)，1.2 V是典型的共模電壓。然而，其他非官方標(biāo)準(zhǔn)，如亞 LVDS，由于采用 1.8 V電源供電，使用的是較小的 0.9 V偏移電壓。
交流耦合可用于隔離需要不同共模電壓的驅(qū)動(dòng)器和接收器。顯示端口的物理層就是交流耦合的 LVDS。
源端是驅(qū)動(dòng)器，接收端是接收器。標(biāo)準(zhǔn) LVDS 和顯示端口之間的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別在于，顯示端口是雙端終端匹配的，即在源端和接收端都有終端匹配電阻，而不只是在接收端。這只是顯示端口標(biāo)準(zhǔn)的要求，在其他交流耦合的 LVDS 接口中通常不會(huì)看到這種情況。
現(xiàn)在，讓我們更深入地了解一下 LVDS 的內(nèi)部工作原理。驅(qū)動(dòng)器有一個(gè) 3.5 mA的推挽式電流源。差分對(duì)中的每條線路都承載著 3.5 mA的電流，且方向相反。
輸出驅(qū)動(dòng)器為直流信號(hào)設(shè)置共模電壓，而接收器輸入具有非常高的阻抗。所以實(shí)際上，所有電流都流過(guò) 100 Ω的終端電阻。這反過(guò)來(lái)又在接收器輸入端產(chǎn)生了 350 mV的差分電壓。
符合標(biāo)準(zhǔn)的接收器規(guī)定能夠承受驅(qū)動(dòng)器接地端與接收器接地端之間至少正負(fù) 1 V的地電位偏移。由于典型的驅(qū)動(dòng)器規(guī)定的共模電壓為 1.2 V，這意味著接收器的共模電壓范圍為 0.2 V到 2.2 V。所以，如果驅(qū)動(dòng)器和接收器位于不同的電路板上且使用不同的電源，即使存在地電位差異，接收器仍然能夠接收來(lái)自驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)。
此外，接收器保證具有 100 mV或更低的接收閾值。典型的驅(qū)動(dòng)器會(huì)產(chǎn)生 350 mV的差分電壓，這使得因印刷電路板（PCB）走線或電纜引起的損耗幾乎可以達(dá)到 6 dB。
LVDS 的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是抗噪性強(qiáng)。由于通道緊密耦合在一起，出現(xiàn)在一個(gè)通道上的噪聲很可能也會(huì)出現(xiàn)在另一個(gè)通道上。而這種噪聲會(huì)被抵消掉，因?yàn)榻邮掌髦粚?duì)兩個(gè)信號(hào)之間的差值做出響應(yīng)。
由于 LVDS 具有低電壓特性，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是功耗低。我們可以通過(guò)查看 LVDS 驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)手冊(cè)中的一些典型規(guī)格并進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算來(lái)了解這一點(diǎn)。耗散功率為 1.225 mW，輸入功率為 23.1 mW，功耗為 10.325 mW。將這些功率相加，設(shè)備的總功率僅為 33.425 mW。
現(xiàn)在，最常被問(wèn)到的問(wèn)題之一就是 LVDS 能夠傳輸多遠(yuǎn)以及傳輸速度有多快？通常情況下，在不進(jìn)行信號(hào)調(diào)制的情況下，當(dāng)傳輸距離為 10 到 15 米時(shí)，帶寬略高于1Gbps。遺憾的是，這在很大程度上是一個(gè)取決于系統(tǒng)的參數(shù)，所以我們只能給出這些參數(shù)的典型規(guī)格。
確定實(shí)際最大速度和最大傳輸距離的最佳方法是在系統(tǒng)中通過(guò)仿真或使用原型系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。例如，一個(gè)典型的設(shè)置將包括誤碼率測(cè)試儀（BERT）或函數(shù)發(fā)生器、評(píng)估模塊（EVM）、不同長(zhǎng)度的電纜以及一臺(tái)示波器。
通過(guò)原型設(shè)置，你可以在負(fù)載端進(jìn)行眼圖測(cè)量，以確定實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)傳輸所允許的最大抖動(dòng)量。你還可以使用眼圖的高度來(lái)確定是否達(dá)到了接收器 100 mV的閾值。
二、多點(diǎn) LVDS介紹
多點(diǎn) LVDS 由 TIA/EIA-644-A 標(biāo)準(zhǔn)定義，該標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)定義點(diǎn)對(duì)點(diǎn) LVDS 的 TIA/EIA-644 標(biāo)準(zhǔn)的更新。此次更新允許一個(gè)驅(qū)動(dòng)器連接多達(dá) 32 個(gè)接收器，并且只需要在最遠(yuǎn)的接收器處連接一個(gè)終端電阻。和普通的 LVDS 一樣，它只是物理層的標(biāo)準(zhǔn)，這意味著它純粹是關(guān)于電氣方面的。
其電氣特性在很大程度上與普通的點(diǎn)對(duì)點(diǎn) LVDS 相同。驅(qū)動(dòng)器通常是一個(gè) 3.5 mA的電流源，當(dāng)在接收器端用 100?Ω的電阻進(jìn)行終端匹配時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)以 1.2 V為中心、擺幅為 350 mV的信號(hào)。
644 標(biāo)準(zhǔn)和 644-A 標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵區(qū)別在于增加了一項(xiàng)漏電流限制規(guī)范。644-A 標(biāo)準(zhǔn)要求接收器輸入端的漏電流小于 20 uA，以確保接收器在整個(gè)共模范圍內(nèi)都具有高阻抗特性。
這確保了接收器在整個(gè)共模范圍內(nèi)的阻抗至少為 120 KΩ。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)橛捎诙鄠€(gè)接收器帶來(lái)的負(fù)載增加，驅(qū)動(dòng)器所看到的有效阻抗會(huì)降低?？梢韵胂蠖鄠€(gè)電阻并聯(lián)的情況。
請(qǐng)記住，我們希望接收器的阻抗盡可能高，這樣幾乎所有從驅(qū)動(dòng)器流出的電流都會(huì)通過(guò)終端電阻，從而產(chǎn)生差分電壓。你可以在 644-A 標(biāo)準(zhǔn)中描繪的測(cè)試電路中看到這一點(diǎn)。3.74?KΩ代表 32 個(gè)接收器節(jié)點(diǎn)（每個(gè)節(jié)點(diǎn)阻抗為 120?KΩ）連接到一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，而 V 測(cè)試代表接收器的共模電壓范圍。
與普通 LVDS 相同的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)同樣適用于多點(diǎn) LVDS，同時(shí)還有一些額外的參數(shù)需要考慮。
最重要的考慮因素是支線長(zhǎng)度。每當(dāng)一個(gè)額外的接收器連接到驅(qū)動(dòng)器時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生支線。盡可能縮短支線長(zhǎng)度非常重要，因?yàn)樗鼈儠?huì)造成阻抗不匹配，這對(duì)信號(hào)完整性有顯著影響。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，支線長(zhǎng)度應(yīng)保持在 4 cm以?xún)?nèi)。那么一個(gè)驅(qū)動(dòng)器到底能真正支持多少個(gè)接收器呢？
嗯，該標(biāo)準(zhǔn)理論上支持的接收器最大數(shù)量是 32 個(gè)，但在實(shí)際應(yīng)用中，這個(gè)數(shù)量可能會(huì)低得多。這在很大程度上取決于系統(tǒng)，特別是支線長(zhǎng)度、信號(hào)頻率以及走線或電纜長(zhǎng)度。由支線以及連接的接收器數(shù)量所導(dǎo)致的信號(hào)完整性問(wèn)題，在大多數(shù)情況下也將最大數(shù)據(jù)速率限制在了 250 Mbps。
由于所有這些參數(shù)都是相互依賴(lài)的，所以很難對(duì)它們進(jìn)行量化，因?yàn)樗鼈兌挤浅Ｒ蕾?lài)于具體的系統(tǒng)。最好的辦法是使用原型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，或者在應(yīng)用環(huán)境中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。
