Che cos'è LVDS?
LVDS (Low Voltage Differential Signaling) è una tecnologia di segnalazione differenziale a piccola ampiezza che utilizza segnali a bassissima ampiezza (250mV~450mv) per trasmettere dati attraverso una coppia di tracce PCB parallele o cavi bilanciati.
Vantaggi della tecnologia LVDS
Riduzione delle EMI
Lo standard di trasmissione LVDS utilizza una modalità corrente per pilotare l’uscita, che non genera squilli e picchi di segnale causati dalla commutazione del segnale e ha buone caratteristiche EMI.
Basso consumo energetico
Poiché la tecnica di segnalazione differenziale LVDS riduce i problemi di rumore, è possibile utilizzare ampiezze di segnale inferiori. Questa caratteristica è molto importante, rende possibile aumentare la velocità di trasferimento dei dati e ridurre il consumo energetico. La bassa ampiezza di pilotaggio significa che i dati possono essere invertiti più velocemente.
Trasferimento efficiente
Poiché il driver è una modalità di sorgente di corrente costante, il consumo di energia cambia a malapena con la frequenza e il consumo di energia di un singolo canale è molto basso. Pertanto, dopo aver adottato questa tecnologia, purché la lunghezza di una coppia di linee di trasmissione parallele sia sufficientemente coerente e venga fornita una buona corrispondenza tecnologia di impedenza di terminazione all’estremità ricevente per ridurre la generazione di segnali riflessi, è possibile fornire una velocità di trasmissione dati molto elevata.
Come funziona LVDS?
Lo schema seguente spiega come funziona LVDS. Il suo driver è costituito da una sorgente di corrente costante (di solito 3,5 mA) che pilota una coppia di linee di segnale differenziali. La corrente e le ampiezze di tensione che scorrono attraverso le due linee di segnale differenziali parallele sono opposte e il segnale di rumore viene accoppiato alle due linee contemporaneamente. Il ricevitore si preoccupa solo della differenza tra i due segnali, quindi il rumore viene annullato. Poiché anche i campi elettromagnetici attorno alle due linee di segnale si annullano a vicenda, la trasmissione del segnale differenziale ha molta meno radiazione elettromagnetica rispetto alla trasmissione del segnale a linea singola. C’è un’elevata impedenza di ingresso CC al ricevitore (che preleva quasi nessuna corrente), quindi quasi tutta la corrente di pilotaggio scorrerà attraverso la resistenza di terminazione da 100 ohm per produrre circa 350 mV all’ingresso del ricevitore.
Quando lo stato di pilotaggio viene invertito, la direzione del flusso di corrente attraverso la resistenza viene modificata, producendo così un effettivo stato logico “0” o “1” all’estremità ricevente.
Caratteristiche di LVDS
- Capacità di trasmissione ad alta velocità fino a 2 Gbps;
- Bassa tensione, basso consumo energetico;
- LVDS adotta il processo CMOS;
- Basso consumo energetico statico;
- Bassa radiazione di rumore;
- L’uso della modalità di trasmissione differenziale ha una forte capacità anti-interferenza.
Regole di progettazione del segnale LVDS
Nel processo di progettazione dei segnali lvds, si prega di considerare i seguenti fattori:
1. Interferenza elettromagnetica
La progettazione del filtro del segnale LVDS è principalmente per la progettazione del filtro di segnali come il segnale di clock e il segnale bus. Il segnale di clock viene aggiunto con un progetto del filtro RC all’estremità di invio per ridurre l’interferenza esterna della radiazione del clock. Per i segnali differenziali, il progetto del filtro deve aggiungere induttori in modalità comune alla porta per filtrare e sopprimere il rumore in modalità comune.
2. Interferenza con percorsi fissi
Il percorso di interferenza è generalmente l’alimentazione o la linea di segnale, quindi il progetto del circuito LVDS deve solo aggiungere un progetto di protezione all’interfaccia, aumentare la capacità a terra dopo aver aggiunto perline magnetiche per assorbire l’interfaccia, in modo che l’interferenza possa essere rilasciata attraverso il percorso più veloce.
3. Interferenza ambientale
Questa interferenza è causata da radiazioni elettromagnetiche da fonti esterne nell’ambiente e spesso vengono utilizzate misure protettive come l’aggiunta di ferrite e condensatori per ridurre gli effetti di questa interferenza.
Per ridurre il crosstalk tra segnali single-ended e segnali LVDS, seguire:
- Segnali single-ended ad almeno 12 mm di distanza dai segnali LVDS sullo stesso strato PCB;
- La distanza tra le linee differenziali non deve superare due volte la larghezza delle linee di segnale e lo spessore della scheda del circuito dovrebbe essere maggiore della distanza tra le linee di segnale;
- La distanza tra due coppie differenziali adiacenti deve essere maggiore o uguale a 2 volte la distanza tra le linee di segnale indipendenti.
4. Adattamento di impedenza
Quando si progetta l’adattamento di impedenza per i segnali LVDS, è necessario seguire quanto segue:
- Il PCB dovrebbe essere almeno a 4 strati e i segnali LVDS e i segnali TTL/CMOS devono essere isolati con piani di alimentazione o piani di massa; i driver e i ricevitori LVDS devono essere posizionati il più vicino possibile al connettore;
- Posizionare un condensatore da 4,7μF o 10μF vicino al pin Vcc del driver o del ricevitore e considerare l’adattamento tra la frequenza operativa del segnale e la frequenza operativa ottimale del condensatore;
- Posizionare almeno un condensatore da 0,1µF e un condensatore da 0,001µF vicino a un pin Vcc del driver o del ricevitore;
- Le tracce di alimentazione e di massa devono essere il più larghe possibile per ridurre l’impedenza di ritorno dell’alimentazione.
