Was ist LVDS?
LVDS (Low Voltage Differential Signaling) ist eine Differenzsignaltechnik mit kleiner Amplitude, die Signale mit sehr geringer Amplitude (250 mV bis 450 mV) verwendet, um Daten über ein Paar paralleler Leiterbahnen auf einer Leiterplatte oder symmetrischer Kabel zu übertragen.
Vorteile der LVDS-Technologie
EMI reduzieren
Der Übertragungsstandard von LVDS verwendet einen Strommodus zum Ansteuern des Ausgangs, der keine durch Signalumschaltung verursachten Klingel- und Spitzensignale erzeugt und gute EMI-Eigenschaften aufweist.
Geringer Stromverbrauch
Da die LVDS-Differenzsignaltechnik Störungsprobleme reduziert, können niedrigere Signalspannungsamplituden verwendet werden. Diese Eigenschaft ist sehr wichtig, da sie eine Erhöhung der Datenübertragungsrate und eine Verringerung des Stromverbrauchs ermöglicht. Eine niedrige Ansteuerungsamplitude bedeutet, dass Daten schneller umgekehrt werden können.
Hocheffiziente Übertragung
Da der Treiber im Konstantstrommodus arbeitet, ändert sich der Stromverbrauch kaum mit der Frequenz, und der Stromverbrauch eines einzelnen Kanals ist sehr gering. Nach der Einführung dieser Technologie kann daher eine sehr hohe Datenübertragungsrate erzielt werden, solange die Länge eines Paares paralleler Übertragungsleitungen ausreichend konsistent ist und auf der Empfängerseite eine gute Anpassung der Abschlussimpedanz erfolgt, um die Entstehung reflektierter Signale zu reduzieren.
Wie funktioniert LVDS?
Das folgende schematische Diagramm erklärt die Funktionsweise von LVDS. Der Treiber besteht aus einer Konstantstromquelle (in der Regel 3,5 mA), die ein Paar Differenzsignalleitungen ansteuert. Die Strom- und Spannungsamplituden, die durch die beiden parallelen Differenzsignalleitungen fließen, sind entgegengesetzt, und das Rauschsignal wird gleichzeitig an die beiden Leitungen gekoppelt. Der Empfänger berücksichtigt nur die Differenz zwischen den beiden Signalen, sodass das Rauschen ausgeblendet wird. Da sich auch die elektromagnetischen Felder um die beiden Signalleitungen gegenseitig aufheben, ist die elektromagnetische Strahlung bei der differentiellen Signalübertragung viel geringer als bei der einpoligen Signalübertragung. Am Empfänger liegt eine hohe Gleichstrom-Eingangsimpedanz vor (die fast keinen Strom zieht), sodass fast der gesamte Treiberstrom durch den 100-Ohm-Abschlusswiderstand fließt und am Empfängereingang etwa 350 mV erzeugt.
Wenn der Ansteuerungszustand umgekehrt wird, ändert sich die Richtung des Stromflusses durch den Widerstand, wodurch am Empfangsende ein effektiver Logikzustand „0“ oder „1“ erzeugt wird.
Merkmale von LVDS
- Hochgeschwindigkeitsübertragung mit bis zu 2 Gbit/s;
- Niedrige Spannung, geringer Stromverbrauch;
- LVDS verwendet CMOS-Prozess;
- Geringe statische Leistungsaufnahme;
- Geringe Störstrahlung;
- Die Verwendung des differentiellen Übertragungsmodus bietet eine hohe Störfestigkeit.
LVDS-Signal-Designregeln
Bei der Entwicklung von LVD-Signalen sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:
1. Elektromagnetische Störungen
Das LVDS-Signalfilterdesign dient hauptsächlich dem Filterdesign für Taktsignale und Bussignale. Das Taktsignal wird auf der Sendeseite mit einem RC-Filterdesign ergänzt, um die externe Strahlungsstörung des Takts zu reduzieren. Bei Differenzsignalen muss das Filterdesign mit Gleichtaktinduktivitäten am Anschluss ergänzt werden, um Gleichtaktstörungen zu filtern und zu unterdrücken.
2. Störung fester Pfade
Der Störpfad ist in der Regel die Stromversorgung oder die Signalleitung, sodass beim LVDS-Schaltungsdesign lediglich ein Schutzdesign zur Schnittstelle hinzugefügt werden muss. Dazu wird die Kapazität zur Masse erhöht, nachdem Magnetperlen hinzugefügt wurden, um die Schnittstelle zu absorbieren, sodass die Störung über den schnellsten Pfad abgeleitet werden kann.
3. Umweltbeeinträchtigungen
Diese Störung wird durch elektromagnetische Strahlung aus externen Quellen in der Umgebung verursacht. Um die Auswirkungen dieser Störung zu reduzieren, werden häufig Schutzmaßnahmen wie das Hinzufügen von Ferritperlen und Kondensatoren eingesetzt.
Um das Übersprechen zwischen Single-Ended-Signalen und LVDS-Signalen zu reduzieren, beachten Sie Folgendes:
- Single-Ended-Signale müssen mindestens 12 mm von LVDS-Signalen auf derselben PCB-Schicht entfernt sein.
- Der Abstand zwischen den Differenzleitungen sollte das Doppelte der Breite der Signalleitungen nicht überschreiten, und die Dicke der Leiterplatte sollte größer sein als der Abstand zwischen den Signalleitungen.
- Der Abstand zwischen zwei benachbarten Differenzpaaren sollte größer oder gleich dem doppelten Abstand zwischen unabhängigen Signalleitungen sein.
4. Impedanzanpassung
Bei der Auslegung der Impedanzanpassung für LVDS-Signale ist Folgendes zu beachten:
- Die Leiterplatte sollte mindestens 4 Schichten haben, und LVDS-Signale und TTL/CMOS-Signale müssen durch Strom- oder Masseflächen voneinander isoliert werden. LVDS-Treiber und -Empfänger sollten so nah wie möglich am Stecker platziert werden.
- Platzieren Sie einen 4,7-μF- oder 10-μF-Kondensator in der Nähe des Vcc-Pins des Treibers oder Empfängers und berücksichtigen Sie die Anpassung zwischen der Betriebsfrequenz des Signals und der optimalen Betriebsfrequenz des Kondensators.
- Platzieren Sie mindestens einen 0,1-µF- und einen 0,001-µF-Kondensator in der Nähe eines Treiber- oder Empfänger-Vcc-Pins.
- Strom- und Massebahnen sollten so breit wie möglich sein, um die Stromrücklaufimpedanz zu reduzieren.
