芯耀
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一、LVDS介紹
LVDS 代表低壓差分信號，由 TIA/EIA-644 標準定義。它僅屬于物理層，這意味著它純粹是電氣層面的，沒有用于傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議。我們只需觀察其架構(gòu)就能明白這一點。
其最基本的形式由一個差分發(fā)送器和一個差分接收器組成。與單端信號不同，單端信號測量的是信號與地之間的差值，而 LVDS 測量的是信號的同相電平和反相電平之間的差值。
在傳輸線的末端放置一個終端電阻來終結(jié)信號。這個終端電阻以及 LVDS 驅(qū)動器電流共同產(chǎn)生差分電壓。這個電阻必須與傳輸線的特性阻抗相匹配。通常情況下，阻值為 100 Ω。
這個電阻會在傳輸線中產(chǎn)生一個短截線，這可能會導致信號反射。所以電阻應(yīng)盡可能靠近接收器放置，以縮短短截線的長度。信號的共模電壓也以相對于地偏移 1.2 V為中心。
對于 2.5 V、3.3 V和 5 V供電的設(shè)備來說，1.2 V是典型的共模電壓。然而，其他非官方標準，如亞 LVDS，由于采用 1.8 V電源供電，使用的是較小的 0.9 V偏移電壓。
交流耦合可用于隔離需要不同共模電壓的驅(qū)動器和接收器。顯示端口的物理層就是交流耦合的 LVDS。
源端是驅(qū)動器，接收端是接收器。標準 LVDS 和顯示端口之間的一個關(guān)鍵區(qū)別在于，顯示端口是雙端終端匹配的，即在源端和接收端都有終端匹配電阻，而不只是在接收端。這只是顯示端口標準的要求，在其他交流耦合的 LVDS 接口中通常不會看到這種情況。
現(xiàn)在，讓我們更深入地了解一下 LVDS 的內(nèi)部工作原理。驅(qū)動器有一個 3.5 mA的推挽式電流源。差分對中的每條線路都承載著 3.5 mA的電流，且方向相反。
輸出驅(qū)動器為直流信號設(shè)置共模電壓，而接收器輸入具有非常高的阻抗。所以實際上，所有電流都流過 100 Ω的終端電阻。這反過來又在接收器輸入端產(chǎn)生了 350 mV的差分電壓。
符合標準的接收器規(guī)定能夠承受驅(qū)動器接地端與接收器接地端之間至少正負 1 V的地電位偏移。由于典型的驅(qū)動器規(guī)定的共模電壓為 1.2 V，這意味著接收器的共模電壓范圍為 0.2 V到 2.2 V。所以，如果驅(qū)動器和接收器位于不同的電路板上且使用不同的電源，即使存在地電位差異，接收器仍然能夠接收來自驅(qū)動器的信號。
此外，接收器保證具有 100 mV或更低的接收閾值。典型的驅(qū)動器會產(chǎn)生 350 mV的差分電壓，這使得因印刷電路板（PCB）走線或電纜引起的損耗幾乎可以達到 6 dB。
LVDS 的一個主要優(yōu)點是抗噪性強。由于通道緊密耦合在一起，出現(xiàn)在一個通道上的噪聲很可能也會出現(xiàn)在另一個通道上。而這種噪聲會被抵消掉，因為接收器只對兩個信號之間的差值做出響應(yīng)。
由于 LVDS 具有低電壓特性，另一個優(yōu)點就是功耗低。我們可以通過查看 LVDS 驅(qū)動器數(shù)據(jù)手冊中的一些典型規(guī)格并進行簡單計算來了解這一點。耗散功率為 1.225 mW，輸入功率為 23.1 mW，功耗為 10.325 mW。將這些功率相加，設(shè)備的總功率僅為 33.425 mW。
現(xiàn)在，最常被問到的問題之一就是 LVDS 能夠傳輸多遠以及傳輸速度有多快？通常情況下，在不進行信號調(diào)制的情況下，當傳輸距離為 10 到 15 米時，帶寬略高于1Gbps。遺憾的是，這在很大程度上是一個取決于系統(tǒng)的參數(shù)，所以我們只能給出這些參數(shù)的典型規(guī)格。
確定實際最大速度和最大傳輸距離的最佳方法是在系統(tǒng)中通過仿真或使用原型系統(tǒng)來進行測量。例如，一個典型的設(shè)置將包括誤碼率測試儀（BERT）或函數(shù)發(fā)生器、評估模塊（EVM）、不同長度的電纜以及一臺示波器。
通過原型設(shè)置，你可以在負載端進行眼圖測量，以確定實現(xiàn)無差錯傳輸所允許的最大抖動量。你還可以使用眼圖的高度來確定是否達到了接收器 100 mV的閾值。
二、多點 LVDS介紹
多點 LVDS 由 TIA/EIA-644-A 標準定義，該標準是對定義點對點 LVDS 的 TIA/EIA-644 標準的更新。此次更新允許一個驅(qū)動器連接多達 32 個接收器，并且只需要在最遠的接收器處連接一個終端電阻。和普通的 LVDS 一樣，它只是物理層的標準，這意味著它純粹是關(guān)于電氣方面的。
其電氣特性在很大程度上與普通的點對點 LVDS 相同。驅(qū)動器通常是一個 3.5 mA的電流源，當在接收器端用 100?Ω的電阻進行終端匹配時，它會產(chǎn)生一個以 1.2 V為中心、擺幅為 350 mV的信號。
644 標準和 644-A 標準的關(guān)鍵區(qū)別在于增加了一項漏電流限制規(guī)范。644-A 標準要求接收器輸入端的漏電流小于 20 uA，以確保接收器在整個共模范圍內(nèi)都具有高阻抗特性。
這確保了接收器在整個共模范圍內(nèi)的阻抗至少為 120 KΩ。這一點很重要，因為由于多個接收器帶來的負載增加，驅(qū)動器所看到的有效阻抗會降低?？梢韵胂蠖鄠€電阻并聯(lián)的情況。
請記住，我們希望接收器的阻抗盡可能高，這樣幾乎所有從驅(qū)動器流出的電流都會通過終端電阻，從而產(chǎn)生差分電壓。你可以在 644-A 標準中描繪的測試電路中看到這一點。3.74?KΩ代表 32 個接收器節(jié)點（每個節(jié)點阻抗為 120?KΩ）連接到一個驅(qū)動器，而 V 測試代表接收器的共模電壓范圍。
與普通 LVDS 相同的設(shè)計注意事項同樣適用于多點 LVDS，同時還有一些額外的參數(shù)需要考慮。
最重要的考慮因素是支線長度。每當一個額外的接收器連接到驅(qū)動器時，就會產(chǎn)生支線。盡可能縮短支線長度非常重要，因為它們會造成阻抗不匹配，這對信號完整性有顯著影響。
根據(jù)經(jīng)驗，支線長度應(yīng)保持在 4 cm以內(nèi)。那么一個驅(qū)動器到底能真正支持多少個接收器呢？
嗯，該標準理論上支持的接收器最大數(shù)量是 32 個，但在實際應(yīng)用中，這個數(shù)量可能會低得多。這在很大程度上取決于系統(tǒng)，特別是支線長度、信號頻率以及走線或電纜長度。由支線以及連接的接收器數(shù)量所導致的信號完整性問題，在大多數(shù)情況下也將最大數(shù)據(jù)速率限制在了 250 Mbps。
由于所有這些參數(shù)都是相互依賴的，所以很難對它們進行量化，因為它們都非常依賴于具體的系統(tǒng)。最好的辦法是使用原型對系統(tǒng)進行測試，或者在應(yīng)用環(huán)境中對系統(tǒng)進行仿真。
