Что такое LVDS?
LVDS (Low Voltage Differential Signaling) — это технология дифференциальной передачи сигналов с малой амплитудой, которая использует сигналы с очень малой амплитудой (250–450 мВ) для передачи данных через пару параллельных печатных плат или симметричных кабелей.
Преимущества технологии LVDS
Уменьшить электромагнитные помехи
Стандарт передачи LVDS использует токовый режим для управления выходом, который не генерирует колебания и пиковые сигналы, вызванные переключением сигнала, и имеет хорошие характеристики ЭМИ.
Низкое энергопотребление
Поскольку дифференциальная техника передачи сигналов LVDS снижает уровень шума, можно использовать более низкие амплитуды напряжения сигнала. Эта особенность очень важна, поскольку позволяет увеличить скорость передачи данных и снизить энергопотребление. Низкая амплитуда привода означает, что данные могут быть обращены быстрее.
Высокоэффективная передача
Поскольку драйвер работает в режиме источника постоянного тока, потребляемая мощность практически не изменяется с частотой, а потребляемая мощность одного канала очень низкая. Поэтому после внедрения этой технологии, при условии, что длина пары параллельных линий передачи достаточно согласована, а на принимающей стороне используется технология хорошего согласования импеданса для уменьшения образования отраженных сигналов, можно обеспечить очень высокую скорость передачи данных.
Как работает LVDS?
На приведенной ниже схематической диаграмме объясняется, как работает LVDS. Его драйвер состоит из источника постоянного тока (обычно 3,5 мА), управляющего парой дифференциальных сигнальных линий. Амплитуды тока и напряжения, протекающие по двум параллельным дифференциальным сигнальным линиям, противоположны, и шумовой сигнал одновременно подключается к двум линиям. Приемник учитывает только разницу между двумя сигналами, поэтому шум гасится. Поскольку электромагнитные поля вокруг двух сигнальных линий также компенсируют друг друга, дифференциальная передача сигнала имеет гораздо меньшее электромагнитное излучение, чем однолинейная передача сигнала. На приемнике имеется высокий входной импеданс постоянного тока (который почти не потребляет ток), поэтому почти весь ток привода будет протекать через оконечный резистор 100 Ом, создавая напряжение около 350 мВ на входе приемника.
Когда состояние управления меняется на противоположное, направление тока через резистор изменяется, что приводит к формированию эффективного логического состояния «0» или «1» на принимающей стороне.
Особенности LVDS
- Высокая скорость передачи данных до 2 Гбит/с;
- Низкое напряжение, низкое энергопотребление;
- LVDS использует технологию CMOS;
- Низкое статическое энергопотребление;
- Низкий уровень шума;
- Использование дифференциального режима передачи обеспечивает высокую помехоустойчивость.
Правила проектирования сигналов LVDS
При проектировании сигналов LVD, пожалуйста, учитывайте следующие факторы:
1. Электромагнитные помехи
Конструкция фильтра сигнала LVDS в основном предназначена для проектирования фильтров, таких как тактовый сигнал и сигнал шины. Тактовый сигнал дополняется конструкцией RC-фильтра на стороне отправки, чтобы уменьшить внешнее излучение помех тактового сигнала. Для дифференциальных сигналов конструкция фильтра должна дополняться индукторами синфазного режима на порту для фильтрации и подавления синфазных помех.
2. Вмешательство в фиксированные пути
Путь помех, как правило, представляет собой линию питания или сигнальную линию, поэтому при проектировании схемы LVDS необходимо лишь добавить защиту к интерфейсу, увеличить емкость по отношению к земле после добавления магнитных шариков для поглощения интерфейса, чтобы помехи могли быть устранены по самому быстрому пути.
3. Внешние помехи
Эти помехи вызваны электромагнитным излучением от внешних источников в окружающей среде, и для уменьшения их влияния часто используются такие защитные меры, как добавление ферритовых бусин и конденсаторов.
Чтобы уменьшить перекрестные помехи между односторонними сигналами и сигналами LVDS, выполните следующие действия:
- Односторонние сигналы должны находиться на расстоянии не менее 12 мм от сигналов LVDS на том же слое печатной платы;
- Расстояние между дифференциальными линиями не должно превышать двойную ширину сигнальных линий, а толщина печатной платы должна быть больше расстояния между сигнальными линиями;
- Расстояние между двумя соседними дифференциальными парами должно быть больше или равно 2-кратному расстоянию между независимыми сигнальными линиями.
4. Согласование импеданса
При проектировании согласования импеданса для сигналов LVDS необходимо соблюдать следующие требования:
- Печатная плата должна иметь не менее 4 слоев, а сигналы LVDS и сигналы TTL/CMOS должны быть изолированы с помощью плоскостей питания или плоскостей заземления; драйверы и приемники LVDS должны быть размещены как можно ближе к разъему;
- Разместите конденсатор емкостью 4,7 мкФ или 10 мкФ рядом с выводом Vcc драйвера или приемника и учитывайте согласование между рабочей частотой сигнала и оптимальной рабочей частотой конденсатора;
- Разместите по крайней мере один конденсатор емкостью 0,1 мкФ и один конденсатор емкостью 0,001 мкФ рядом с выводом Vcc драйвера или приемника;
- Трассировки питания и заземления должны быть как можно шире, чтобы уменьшить импеданс обратного питания.
