¿Qué es LVDS?
LVDS (Low Voltage Differential Signaling) es una tecnología de señalización diferencial de baja amplitud que utiliza señales de muy baja amplitud (250 mV~450 mV) para transmitir datos a través de un par de trazas PCB paralelas o cables equilibrados.
Ventajas de la tecnología LVDS
Reducir EMI
El estándar de transmisión LVDS utiliza un modo de corriente para impulsar la salida, lo que no genera señales de oscilación ni picos causados por la conmutación de señales, y tiene buenas características EMI.
Bajo consumo energético
Dado que la técnica de señalización diferencial LVDS reduce los problemas de ruido, se pueden utilizar amplitudes de tensión de señal más bajas. Esta característica es muy importante, ya que permite aumentar la velocidad de transferencia de datos y reducir el consumo de energía. Una baja amplitud de impulsión significa que los datos se pueden invertir más rápidamente.
Transferencia de alta eficiencia
Dado que el controlador es un modo de fuente de corriente constante, el consumo de energía apenas varía con la frecuencia, y el consumo de energía de un solo canal es muy bajo. Por lo tanto, tras adoptar esta tecnología, siempre que la longitud de un par de líneas de transmisión paralelas sea lo suficientemente consistente y se proporcione una buena tecnología de impedancia de terminación adaptada en el extremo receptor para reducir la generación de señales reflejadas, se puede proporcionar una velocidad de transmisión de datos muy alta.
¿Cómo funciona LVDS?
El siguiente diagrama esquemático explica cómo funciona LVDS. Su controlador consta de una fuente de corriente constante (normalmente 3,5 mA) que impulsa un par de líneas de señal diferenciales. Las amplitudes de corriente y tensión que fluyen a través de las dos líneas de señal diferenciales paralelas son opuestas, y la señal de ruido se acopla a las dos líneas al mismo tiempo. El receptor solo se preocupa por la diferencia entre las dos señales, por lo que el ruido se cancela. Dado que los campos electromagnéticos alrededor de las dos líneas de señal también se cancelan entre sí, la transmisión de señales diferenciales tiene mucha menos radiación electromagnética que la transmisión de señales de una sola línea. Hay una alta impedancia de entrada de CC en el receptor (que casi no consume corriente), por lo que casi toda la corriente de accionamiento fluirá a través de la resistencia de terminación de 100 ohmios para producir unos 350 mV en la entrada del receptor.
Cuando se invierte el estado de conducción, se cambia la dirección del flujo de corriente a través de la resistencia, lo que produce un estado lógico efectivo «0» o «1» en el extremo receptor.
Características de LVDS
- Capacidad de transmisión de alta velocidad de hasta 2 Gbps.
- Bajo voltaje, bajo consumo de energía;
- LVDS adopta el proceso CMOS;
- Bajo consumo de energía estática;
- Baja radiación de ruido;
- El uso del modo de transmisión diferencial tiene una gran capacidad antiinterferencias.
Reglas de diseño de señales LVDS
En el proceso de diseño de señales LVD, tenga en cuenta los siguientes factores:
1. Interferencia electromagnética
El diseño del filtro de señal LVDS se utiliza principalmente para el diseño de filtros, como la señal de reloj y la señal de bus. La señal de reloj se añade con un diseño de filtro RC en el extremo de envío para reducir la interferencia de radiación externa del reloj. Para las señales diferenciales, el diseño del filtro necesita añadir inductores de modo común en el puerto para filtrar y suprimir el ruido de modo común.
2. Interferencia con rutas fijas
La ruta de interferencia suele ser la línea de alimentación o de señal, por lo que el diseño del circuito LVDS solo necesita añadir un diseño de protección a la interfaz, aumentar la capacitancia a tierra después de añadir perlas magnéticas para absorber la interfaz, de modo que la interferencia pueda liberarse a través de la ruta más rápida.
3. Interferencia ambiental
Esta interferencia es causada por la radiación electromagnética procedente de fuentes externas del entorno, y a menudo se utilizan medidas de protección, como la adición de perlas de ferrita y condensadores, para reducir los efectos de esta interferencia.
Para reducir la diafonía entre señales de un solo extremo y señales LVDS, siga estas instrucciones:
- Las señales de un solo extremo deben estar al menos a 12 mm de distancia de las señales LVDS en la misma capa de la placa de circuito impreso.
- La distancia entre las líneas diferenciales no debe superar el doble de la anchura de las líneas de señal, y el grosor de la placa de circuito debe ser mayor que la distancia entre las líneas de señal.
- La distancia entre dos pares diferenciales adyacentes debe ser mayor o igual a dos veces la distancia entre líneas de señal independientes.
4. Adaptación de impedancia
Al diseñar la adaptación de impedancia para señales LVDS, se debe seguir lo siguiente:
- La PCB debe tener al menos 4 capas, y las señales LVDS y TTL/CMOS deben aislarse con planos de alimentación o planos de tierra; Los controladores y receptores LVDS deben colocarse lo más cerca posible del conector;
- Coloque un condensador de 4,7 μF o 10 μF cerca del pin Vcc del controlador o receptor, y tenga en cuenta la adaptación entre la frecuencia de funcionamiento de la señal y la frecuencia de funcionamiento óptima del condensador.
- Coloque al menos un condensador de 0,1 μF y otro de 0,001 μF cerca del pin Vcc del controlador o receptor.
- Las trazas de alimentación y tierra deben ser lo más anchas posible para reducir la impedancia de retorno de alimentación.
