Lvds產(chǎn)生背景

隨著電子設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高速率信號(hào)的互連及寬帶信道的應(yīng)用與日俱增，所需傳送的數(shù)據(jù)量越來越大，速度越來越快。目前，存在的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物理層接口如RS-422、RS-485、SCSI以及其它數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，由于在速度、噪聲、EMI/EMC、功耗、成本等方面所固有的限制，使其越來越難以勝任實(shí)際應(yīng)用。同樣隨著軍事電子技術(shù)的發(fā)展，在空間通信領(lǐng)域，如跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)（TDSS）中，為了實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)中繼和測(cè)距、測(cè)速.必須首先解決傳輸速率高、占用帶寬寬所帶來的問題；在雷達(dá)應(yīng)用領(lǐng)域，各種新體制雷達(dá)的出現(xiàn)以及在寬帶偵收、電子對(duì)抗等不同領(lǐng)域的應(yīng)用同樣不可避免地面臨高速數(shù)據(jù)的采集和傳輸問題；因此，采用新的I/O接口技術(shù)來解決數(shù)據(jù)傳輸這一瓶頸問題顯得日益突出。LVDS以其固有的低電壓、低功耗和有利于高速傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，越來越成為寬帶高速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首選接口標(biāo)準(zhǔn)。目前，LVDS技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用更是日益普及，尤其是在基站、大型交換機(jī)以及其它高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，LVDS正在發(fā)揮著不可替代的作用。

LVDS（Low Voltage Differential Signaling）是一種低振幅差分信號(hào)技術(shù)。它使用幅度非常低的信號(hào)（約350mV）通過一對(duì)差分PCB走線或平衡電纜傳輸數(shù)據(jù)。它能以高達(dá)數(shù)千Mbps的速度傳送串行數(shù)據(jù)。由于電壓信號(hào)幅度較低，而且采用恒流源模式驅(qū)動(dòng)，故只產(chǎn)生極低的噪聲，消耗非常小的功率，甚至不論頻率高低功耗都幾乎不變。此外，由于LVDS以差分方式傳送數(shù)據(jù)，所以不易受共模噪音影響。

LVDS最早是由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（National Semiconductor）提出的一種高速信號(hào)傳輸電平，此后，LVDS在下列兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中作了定義：IEEEP1996.3（1996年3月通過），主要面向SCI（Scalable Coherent Interface）.定義了LVDS的電特性，還定義了SCI協(xié)議中包交換時(shí)的編碼；ANS/EIA/EIA-644（1995年11月通過），主要定義了LVDS的電特性，并建議了最大傳輸速率及理論極限速率等參數(shù)。通常提到的LVDS標(biāo)準(zhǔn)是指后者。2001年ANS/EIA/EIA-644標(biāo)準(zhǔn)已重新修訂發(fā)表。

LVDS的基本工作原理圖示于圖1。其源端驅(qū)動(dòng)器由一個(gè)恒流源（通常約為3.5mA，最大不超過4mA）驅(qū)動(dòng)一對(duì)差分信號(hào)線組成。接收端的接收器本身為高直流輸入阻抗，所以幾乎全部的驅(qū)動(dòng)電流都流經(jīng)100Ω的終端匹配電阻，并在接收器輸入端產(chǎn)生約350mV的電壓。當(dāng)源端驅(qū)動(dòng)狀態(tài)反轉(zhuǎn)變化時(shí)，流經(jīng)匹配電阻的電流方向改變，于是在接收端產(chǎn)生高低邏輯狀態(tài)的變化。

為適應(yīng)共模電壓的在寬范圍內(nèi)的變化，一般情況下，LVDS的接收器輸入級(jí)還包括一個(gè)自動(dòng)電平調(diào)整電路，該電路將共模電壓調(diào)整為一固定值，其后面是一個(gè)Schmitt觸發(fā)器，而且，為防止Scdhmitt觸發(fā)器不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)有一定的回滯特性，Schmitt后級(jí)才是差分放大器。

LVDS之所以成為目前高速I/O接口的首選信號(hào)形式來解決高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗疲褪且驗(yàn)樗趥鬏斔俣取⒐?、抗噪聲、EMI等方面具有優(yōu)勢(shì)。

①高速傳輸能力。在ANS/EIA/EIA-64定義中的LVDS標(biāo)準(zhǔn)，理論極限速率為1.923Gbps，恒流源模式、低擺幅輸出的工作模式?jīng)Q定著IVDS具有高速驅(qū)動(dòng)能力。

②低功耗特性。LVDS器件是用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的，而CMOS能夠提供較低的靜態(tài)功耗；當(dāng)恒流源的驅(qū)動(dòng)電流為3.5mA，負(fù)載（100Ω終端匹配）的功耗僅為1.225mW；LVDS的功耗是恒定的，不像CMOS收發(fā)器的動(dòng)態(tài)功耗那樣相對(duì)頻率而上升。恒流源模式的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)降低了系統(tǒng)功耗，并極大地降低了頻率成分對(duì)功耗的影響。雖然當(dāng)速率較低時(shí)，CMOS的功耗比LVDS小，但是隨著頻率的提高，CMOS的功耗將逐漸增加，最終需要消耗比LVDS更多的功率。通常，當(dāng)頻率等于200MSps時(shí)，LVDS和CMOS的功耗大致相同。

③供電電壓低。隨著集成電路的發(fā)展和對(duì)更高數(shù)據(jù)速率的要求，低壓供電成為急需。降低供電電壓不僅減少了高密度集成電路的功率消耗，而且減少了芯片內(nèi)部的散熱壓力，有助于提高集成度。LVDS的驅(qū)動(dòng)器和接收器不依賴于特定的供電電壓特性，這決定了它在這方面占據(jù)上峰。

④較強(qiáng)的抗噪聲能力。差分信號(hào)固有的優(yōu)點(diǎn)就是噪聲以共模的方式在一對(duì)差分線上耦合出現(xiàn)，并在接收器中相減，從而可消除噪聲，所以LVDS具有較強(qiáng)的抗共模噪聲能力。

⑤有效地抑制電磁干擾。由于差分信號(hào)的極性相反，它們對(duì)外輻射的電磁場(chǎng)可以相互抵消，耦合得越緊密，泄放到外界的電磁能量就越少，即降低了EMI。

⑥時(shí)序定位精確。由于差分信號(hào)的開關(guān)變化是位于兩個(gè)信號(hào)的交點(diǎn)。而不像普通單端信號(hào)依靠高低兩個(gè)閥值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時(shí)序上的誤差，有利于高速數(shù)字信號(hào)的有效傳輸。

⑦適應(yīng)地平面電壓變化范圍大。LVDS接收器可以承受至少士1V的驅(qū)動(dòng)器與接收器之間的地的電壓變化。由于IVDS驅(qū)動(dòng)器典型的偏置電壓為 1.2V，地的電壓變化、驅(qū)動(dòng)器的偏置電壓以及輕度耦合到的噪聲之和，在接收器的輸入端，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)器的地是共模電壓。當(dāng)擺幅不超過400mV時(shí)，這個(gè)共模范圍是 0.2V~ 2.2V，進(jìn)而，一般情況下，接收器的輸入電壓范圍可在0V~ 2.4V內(nèi)變化。

正是因?yàn)長(zhǎng)VDS具有上述的主要特點(diǎn)，才使得HyperTansport（by AMD），Irfiniband（ly Intel），PCI-Express（by Intel）等第三代I/O總線標(biāo)準(zhǔn)（3G IO）不約而同地將低壓差分信號(hào)（IVDS）作為下一代高速信號(hào)電平標(biāo)準(zhǔn)。

在雷達(dá)應(yīng)用領(lǐng)域，隨著技術(shù)的發(fā)展，新體制雷達(dá)如DBF體制雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)等的出現(xiàn)和普及，所需處理的信號(hào)帶寬和信號(hào)通道數(shù)大幅度增加，面臨著大數(shù)據(jù)量的傳輸問題。因此采用的新的技術(shù)解決I/O接口問題成為必然趨勢(shì)，LVDS這種高速低功耗接口標(biāo)準(zhǔn)使解決這一傳輸瓶頸問題成為可能。所以，目前LVDS技術(shù)在高速雷達(dá)及高速接收系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛；利用LVDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單板互聯(lián)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性非常好，實(shí)現(xiàn)了線卡及各個(gè)分系統(tǒng)的高集成度，并且完全能滿足數(shù)據(jù)的采集和傳輸?shù)囊蟆?

在民用方面，這種技術(shù)可支持高速數(shù)據(jù)傳送，最適用于基站、交換器、加/減多路轉(zhuǎn)換器等通信結(jié)構(gòu)應(yīng)用方案，機(jī)頂盒和家庭/企業(yè)視頻鏈路等消費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)用方案以及醫(yī)療用超聲波影像設(shè)備與數(shù)字影印機(jī)等，確保系統(tǒng)分區(qū)操作可以發(fā)揮更大的靈活性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師可以利用LVDS技術(shù)將模擬及數(shù)字信號(hào)處理區(qū)段設(shè)于不同的電路板，然后利用電纜或底板傳送A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以發(fā)揮更大的靈活性。目前，各類高速AD轉(zhuǎn)換器基本上都選擇使用LVDS信號(hào)作為采樣數(shù)據(jù)的輸出格式，其輸出形式多為并行輸出。同時(shí)，支持IWDS與其它電平互換的專用芯片和LVDS降速專用芯片也是層出不窮，主要以MAXM、NI以及TI等幾家國(guó)外公司為代表。

另外，在測(cè)控系統(tǒng)的高速數(shù)傳、SAR雷達(dá)偵察接收和高速數(shù)字圖像傳輸應(yīng)用中，LVDS都有非常廣闊的應(yīng)用空間。尤其是最近和未來數(shù)年，航空航天、軍事、通信等部門對(duì)體制靈活的高碼率通信系統(tǒng)的需求持續(xù)增長(zhǎng)。一方面，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的核心，濾波器、混頻器等諸多環(huán)節(jié)由于多是采用模擬器件實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)的可靠性、靈活性、升級(jí)維護(hù)等方面都受到了極大的制約，另一方面，近20年來、微電子技術(shù)、集成電路、數(shù)字通信理論等高速發(fā)展、為采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)高碼率通信系統(tǒng)的諸多環(huán)節(jié)提供了可能。根據(jù)目前所獲得的資料，國(guó)外已經(jīng)研制成功多款性能卓越，靈活多用的全數(shù)字高碼率基帶信號(hào)處理機(jī)。在這樣大的背景之下，作為致力于發(fā)展我國(guó)的軍事電子技術(shù)，尤其是專注于航天測(cè)控領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的研究和開發(fā)的單位，目前，我們已在高碼率數(shù)傳技術(shù)的研究過程中取得重大突破，其中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一就是LVDS技術(shù) 。2100433B

BLVDS是是基于LVDS 技術(shù)的總線接口電路的一個(gè)新系列，專門用于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)電纜或背板應(yīng)用。具備大約250mV 的低壓差分信號(hào)以及快速的過渡時(shí)間。 產(chǎn)品有兩種類型，可以為所有總線配置提供最優(yōu)化的接口器件。BLVDS是在LVDS 基礎(chǔ)上面發(fā)展起來的，總線LVDS (BLVDS) 是基于LVDS 技術(shù)的總線接口電路的一個(gè)新系列，專門用于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)電纜或背板應(yīng)用。它不同于標(biāo)準(zhǔn)的LVDS，提供增強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電流，以處理多點(diǎn)應(yīng)用中所需的雙重傳輸。

BLVDS 具備大約250mV 的低壓差分信號(hào)以及快速的過渡時(shí)間。這可以讓產(chǎn)品達(dá)到自100 Mbps 至超過1Gbps 的高數(shù)據(jù)傳輸速率。此外，低電壓擺幅可以降低功耗和噪聲至最小化。差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸配置提供有源總線的 /-1V 共模范圍和熱插拔器件。

BLVDS 產(chǎn)品有兩種類型，可以為所有總線配置提供最優(yōu)化的接口器件。兩個(gè)系列分別是線路驅(qū)動(dòng)器和接收器和串行器/解串器芯片組。

BLVDS 可以解決高速總線設(shè)計(jì)中面臨的許多挑戰(zhàn)。BLVDS 無需特殊的終端上拉軌。它無需有源終端器件，利用常見的供電軌（3.3V 或5V），采用簡(jiǎn)單的終端配置，使接口器件的功耗最小化，產(chǎn)生很少的噪聲，支持業(yè)務(wù)卡熱插拔和以100 Mbps 的速率驅(qū)動(dòng)重載多點(diǎn)總線。