O que é LVDS?
LVDS (Low Voltage Differential Signaling) é uma tecnologia de sinalização diferencial de baixa amplitude que utiliza sinais de amplitude muito baixa (250 mV a 450 mV) para transmitir dados através de um par de traços paralelos em PCB ou cabos balanceados.
Benefícios da tecnologia LVDS
Reduzir EMI
O padrão de transmissão LVDS utiliza um modo de corrente para acionar a saída, o que não gera sinais de oscilação e pico causados pela comutação de sinal e possui boas características EMI.
Baixo consumo de energia
Como a técnica de sinalização diferencial LVDS reduz os problemas de ruído, é possível usar amplitudes de tensão de sinal mais baixas. Esse recurso é muito importante, pois permite aumentar a taxa de transferência de dados e reduzir o consumo de energia. Uma amplitude de acionamento baixa significa que os dados podem ser revertidos mais rapidamente.
Transferência altamente eficiente
Como o driver é um modo de fonte de corrente constante, o consumo de energia quase não muda com a frequência, e o consumo de energia de um único canal é muito baixo. Portanto, após adotar essa tecnologia, desde que o comprimento de um par de linhas de transmissão paralelas seja consistente o suficiente e uma boa tecnologia de impedância de terminação correspondente seja fornecida na extremidade receptora para reduzir a geração de sinais refletidos, uma taxa de transmissão de dados muito alta pode ser fornecida.
Como funciona o LVDS?
O diagrama esquemático abaixo explica como funciona o LVDS. Seu driver consiste em uma fonte de corrente constante (geralmente 3,5 mA) que aciona um par de linhas de sinal diferencial. As amplitudes de corrente e tensão que fluem através das duas linhas de sinal diferencial paralelas são opostas, e o sinal de ruído é acoplado às duas linhas ao mesmo tempo. O receptor se preocupa apenas com a diferença entre os dois sinais, de modo que o ruído é cancelado. Como os campos eletromagnéticos ao redor das duas linhas de sinal também se cancelam, a transmissão de sinal diferencial tem muito menos radiação eletromagnética do que a transmissão de sinal de linha única. Há uma alta impedância de entrada CC no receptor (que quase não consome corrente), então quase toda a corrente de acionamento fluirá através do resistor de terminação de 100 ohms para produzir cerca de 350 mV na entrada do receptor.
Quando o estado de condução é invertido, a direção do fluxo de corrente através do resistor é alterada, produzindo assim um estado lógico efetivo "0" ou "1" na extremidade receptora.
Características do LVDS
- Capacidade de transmissão de alta velocidade até 2 Gbps;
- Baixa tensão, baixo consumo de energia;
- LVDS adota processo CMOS;
- Baixo consumo de energia estática;
- Baixa radiação de ruído;
- O uso do modo de transmissão diferencial tem forte capacidade anti-interferência.
Regras de projeto de sinal LVDS
No processo de projeto de sinais LVD, considere os seguintes fatores:
1. Interferência eletromagnética
O projeto do filtro de sinal LVDS é principalmente para projetos de filtro, como sinal de clock e sinal de barramento. O sinal de clock é adicionado com um projeto de filtro RC na extremidade de envio para reduzir a interferência de radiação externa do clock. Para sinais diferenciais, o projeto do filtro precisa adicionar indutores de modo comum na porta para filtrar e suprimir o ruído de modo comum.
2. Interferência com trajetórias fixas
O caminho da interferência é geralmente a fonte de alimentação ou a linha de sinal, portanto, o projeto do circuito LVDS precisa apenas adicionar um projeto de proteção à interface, aumentar a capacitância ao terra após adicionar esferas magnéticas para absorver a interface, de modo que a interferência possa ser liberada pelo caminho mais rápido.
3. Interferência ambiental
Essa interferência é causada pela radiação eletromagnética proveniente de fontes externas no ambiente, e medidas de proteção, como a adição de contas de ferrite e capacitores, são frequentemente utilizadas para reduzir os efeitos dessa interferência.
Para reduzir a interferência entre sinais single-ended e sinais LVDS, siga estas instruções:
- Sinais single-ended a pelo menos 12 mm de distância dos sinais LVDS na mesma camada da placa de circuito impresso (PCB);
- A distância entre as linhas diferenciais não deve exceder o dobro da largura das linhas de sinal, e a espessura da placa de circuito deve ser maior do que a distância entre as linhas de sinal;
- A distância entre dois pares diferenciais adjacentes deve ser maior ou igual a 2 vezes a distância entre linhas de sinal independentes.
4. Adaptação de impedância
Ao projetar a correspondência de impedância para sinais LVDS, deve-se seguir o seguinte:
- A placa de circuito impresso (PCB) deve ter pelo menos 4 camadas, e os sinais LVDS e TTL/CMOS precisam ser isolados com planos de alimentação ou planos de aterramento; Os drivers e receptores LVDS devem ser colocados o mais próximo possível do conector;
- Coloque um capacitor de 4,7 μF ou 10 μF próximo ao pino Vcc do driver ou receptor e considere a correspondência entre a frequência de operação do sinal e a frequência de operação ideal do capacitor;
- Coloque pelo menos um capacitor de 0,1μF e um capacitor de 0,001μF próximo ao pino Vcc do driver ou receptor;
- Os traços de alimentação e terra devem ser os mais largos possível para reduzir a impedância de retorno de alimentação.
