LVDS nedir?
LVDS (Düşük Gerilim Diferansiyel Sinyalleme), bir çift paralel PCB izi veya dengeli kablo üzerinden veri iletmek için çok düşük genlikli sinyaller (250 mV–450 mV) kullanan, düşük genlikli bir diferansiyel sinyalleme teknolojisidir.
LVDS Teknolojisinin Avantajları
EMI'yi azaltın
LVDS iletim standardı, çıkışı sürmek için akım modunu kullanır; bu sayede sinyal geçişinden kaynaklanan salınım ve tepe sinyalleri oluşmaz ve iyi EMI özelliklerine sahiptir.
Düşük güç tüketimi
LVDS diferansiyel sinyal iletim tekniği gürültü sorunlarını azalttığı için, daha düşük sinyal voltaj genlikleri kullanılabilir. Bu özellik çok önemlidir; veri aktarım hızının artırılmasını ve güç tüketiminin azaltılmasını mümkün kılar. Düşük sürücü genliği, verilerin daha hızlı tersine çevrilebileceği anlamına gelir.
Yüksek verimli aktarım
Sürücü sabit akım kaynağı modunda çalıştığı için, güç tüketimi frekansla neredeyse hiç değişmez ve tek bir kanalın güç tüketimi oldukça düşüktür. Bu nedenle, bu teknolojinin benimsenmesinden sonra, bir çift paralel iletim hattının uzunluğu yeterince tutarlı olduğu ve yansıyan sinyallerin oluşumunu azaltmak için alıcı tarafta uygun bir sonlandırma empedansı teknolojisi sağlandığı sürece, çok yüksek bir veri aktarım hızı elde edilebilir.
LVDS nasıl çalışır?
Aşağıdaki şematik diyagram LVDS'nin nasıl çalıştığını açıklamaktadır. Sürücüsü, bir çift diferansiyel sinyal hattını süren sabit akım kaynağından (genellikle 3,5 mA) oluşur. İki paralel diferansiyel sinyal hattından geçen akım ve gerilim genlikleri zıttır ve gürültü sinyali aynı anda her iki hatta da iletilir. Alıcı yalnızca iki sinyal arasındaki farkı dikkate aldığından, gürültü ortadan kaldırılır. İki sinyal hattının etrafındaki elektromanyetik alanlar da birbirlerini ortadan kaldırdığından, diferansiyel sinyal iletimi tek hatlı sinyal iletimine göre çok daha az elektromanyetik radyasyona sahiptir. Alıcıda yüksek bir DC giriş empedansı vardır (bu da neredeyse hiç akım çekmez), bu nedenle sürücü akımının neredeyse tamamı 100 ohm'luk sonlandırma direnci üzerinden akarak alıcı girişinde yaklaşık 350 mV üretir.
Sürüş durumu tersine çevrildiğinde, dirençten geçen akımın yönü değişir ve böylece alıcı tarafta etkili bir "0" veya "1" mantık durumu oluşur.
LVDS'nin Özellikleri
- 2 Gbps'ye kadar yüksek hızlı veri aktarım kapasitesi;
- Düşük voltaj, düşük güç tüketimi;
- LVDS, CMOS sürecini kullanır;
- Düşük statik güç tüketimi;
- Düşük gürültü yayılımı;
- Diferansiyel iletim modunun kullanımı, güçlü parazit önleme özelliğine sahiptir.
LVDS Sinyal Tasarım Kuralları
LVDS sinyallerini tasarlarken lütfen aşağıdaki faktörleri göz önünde bulundurun:
1. Elektromanyetik parazit
LVDS sinyal filtresi tasarımı, esas olarak saat sinyali ve veri yolu sinyali gibi sinyallerin filtrelenmesi için kullanılır. Saat sinyalinin dış radyasyon parazitini azaltmak amacıyla, gönderici uçta bir RC filtre tasarımı eklenir. Diferansiyel sinyaller için ise, ortak mod gürültüsünü filtrelemek ve bastırmak amacıyla bağlantı noktasına ortak mod indüktörleri eklenmesi gerekir.
2. Sabit rotalara müdahale
Parazit yolu genellikle güç kaynağı veya sinyal hattıdır; bu nedenle LVDS devre tasarımında, arayüze bir koruma düzeni eklenmesi ve manyetik boncuklar ilave edilerek topraklama kapasitansının artırılması yeterlidir. Böylece parazit, en hızlı yoldan boşaltılabilir.
3. Çevresel etkiler
Bu parazit, çevrede bulunan dış kaynaklardan gelen elektromanyetik radyasyondan kaynaklanmaktadır ve bu parazitin etkilerini azaltmak için genellikle ferrit boncuklar ve kondansatörler eklemek gibi koruyucu önlemler alınır.
Tek uçlu sinyaller ile LVDS sinyalleri arasındaki çapraz paraziti azaltmak için aşağıdakileri uygulayın:
- Aynı PCB katmanındaki tek uçlu sinyaller, LVDS sinyallerinden en az 12 mm uzakta olmalıdır;
- Diferansiyel hatlar arasındaki mesafe, sinyal hatlarının genişliğinin iki katını geçmemeli ve devre kartının kalınlığı, sinyal hatları arasındaki mesafeden daha fazla olmalıdır;
- İki bitişik diferansiyel çift arasındaki mesafe, bağımsız sinyal hatları arasındaki mesafenin 2 katından fazla veya buna eşit olmalıdır.
4. Empedans uyumu
LVDS sinyalleri için empedans uyumu tasarlanırken aşağıdakilere uyulmalıdır:
- PCB en az 4 katmanlı olmalı ve LVDS sinyalleri ile TTL/CMOS sinyalleri güç düzlemleri veya toprak düzlemleri ile izole edilmelidir; LVDS sürücüleri ve alıcıları konektöre mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir;
- Sürücünün veya alıcının Vcc pininin yakınına 4,7 μF veya 10 μF kapasitör yerleştirin ve sinyalin çalışma frekansı ile kapasitörün optimum çalışma frekansı arasındaki uyumu göz önünde bulundurun;
- Sürücü veya alıcının Vcc pininin yakınına en az bir adet 0,1μF ve bir adet 0,001μF kapasitör yerleştirin;
- Güç ve toprak izleri, güç dönüş empedansını azaltmak için mümkün olduğunca geniş olmalıdır.
