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[導(dǎo)讀]低壓差分信號(hào)(LVDS)是一種低壓、差分信號(hào)傳輸方案,主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù) ANSI/TIA/EIA-644 規(guī)范中的定義,它是一種最為常見的差分接口。這種標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)適合于 LVDS 應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)器和接收機(jī)電氣特性進(jìn)行了規(guī)定。因

低壓差分信號(hào)(LVDS)是一種低壓、差分信號(hào)傳輸方案,主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù) ANSI/TIA/EIA-644 規(guī)范中的定義,它是一種最為常見的差分接口。這種標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)適合于 LVDS 應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)器和接收機(jī)電氣特性進(jìn)行了規(guī)定。因此,它只是一種電氣標(biāo)準(zhǔn),常被一些更高級(jí)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)作其接口或物理層。

在高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)中使用該傳輸方案可在保持轉(zhuǎn)換器高性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)輸出。獨(dú)立 ADC 必須能夠驅(qū)動(dòng)以PCB走線形式存在的容性負(fù)載、以及接收電路的輸入邏輯。此處,ADC 輸出級(jí)的一個(gè)單端驅(qū)動(dòng)器會(huì)導(dǎo)致大量瞬態(tài)開關(guān)噪聲,這些噪聲是由大電流晶體管的開和關(guān)造成的。這些瞬態(tài)會(huì)耦合回ADC的模擬前端,從而對(duì)其性能產(chǎn)生不利影響。

然而,LVDS 驅(qū)動(dòng)器級(jí)需要在一個(gè)始終開啟的 3.5mA(典型值)電流源環(huán)境中運(yùn)行(請(qǐng)參見圖 1)。通過差分對(duì)導(dǎo)體以不同方向重新分配電流,便可形成總線上的邏輯 1 和 0。這種消除開關(guān)噪聲和 EMI 的“始終開啟”特性正是降低 ADC 性能的主要原因。

圖 1: LVDS 驅(qū)動(dòng)器和接收器。(電流型驅(qū)動(dòng) 差分接收器)

由于專為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信號(hào)傳輸而設(shè)計(jì),LVDS使用的是一種簡(jiǎn)單的端接方案。安裝在接收器輸入端的單個(gè)100歐姆電阻端接差分對(duì),從而消除了反射。

由于高阻抗接器輸入,驅(qū)動(dòng)器電流源的全部電流流經(jīng)端接電阻,從而產(chǎn)生了一個(gè) 350 mV 額定值的低、差分總線電壓。該電壓在 1.2 V 共模電位左右擺動(dòng),其為典型驅(qū)動(dòng)器輸出失調(diào)電壓(請(qǐng)參見圖 2)。

圖 2:LVDS 總線電壓電平。

相比單端方案,差分信號(hào)傳輸還有另一個(gè) LVDS 好處,因?yàn)樗灰资艿焦材T肼暤挠绊?,并且產(chǎn)生更少的電磁干擾 (EMI)。

由于接收器只響應(yīng)差分電壓,因此同鄰近的信號(hào)線耦合的噪聲被接收器視作共模調(diào)制,從而被拒絕接收。另外,由于兩個(gè)差分對(duì)導(dǎo)體傳導(dǎo)電流相等但極性相反,因此它們的磁場(chǎng)基本互相抵消,從而實(shí)現(xiàn) EMI 最小化。

根據(jù)數(shù)據(jù)速率的不同,標(biāo)準(zhǔn) LVDS IC 可以驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)達(dá) 10 米的距離。然而,不應(yīng)強(qiáng)制高性能ADC驅(qū)動(dòng)這一距離。取而代之的是,建議使用兩英寸以內(nèi)的較短的輸出線,以防止鄰近電路的噪聲耦合到 ADC 輸出端,因?yàn)槠淇赡軙?huì)反饋耦合至 ADC 模擬輸入端。

盡管低功耗、低 EMI 和高噪聲抗擾度使得 LVDS 成為高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的接口選擇,但是必須運(yùn)用精心的布線技術(shù),以避免阻抗不連續(xù)和信號(hào)時(shí)延差,否則就抵消了上述 LVDS 的好處。
 

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