• LVDS原理及布板技巧

    發布時間:2022-07-05

    LVDS: 低壓差信號

       

    LVDS(Low Voltage Differential Signal)即低壓差分信號。

       

    LVDS電流驅動模式的特點是 電壓擺幅350mV加載在100Ω電阻上。

       

    發送端是3.5mA電流源,3.5mA電流通過差分線一路到達接收端。由于接收端直流電阻高,電流通過接收端100Ω匹配電阻產生350mV同時,電流通過差分線的另一路流回發送端。當發送端狀態發生變化時,通過改變流經100Ω電阻的電流方向產生有效的0和1 態。

       

       

    LVDS的優點: 高速傳輸 低噪聲 低功耗 低電壓

       

    (1)高速傳輸能力 低擺幅:350mv

       

    LVDS低擺幅輸出技術恒流源模式意味著LVDS它可以高速驅動。例如,對于點到點連接,傳輸速率可達800Mbit/s。

       

    從邏輯0電平到邏輯1電平需要時間。LVDS信號物理電平的變化為0.85――1.55V從邏輯0電平到邏輯1電平的時間比TTL電平要快得多。

       

    (2)低噪聲/低電磁干擾

       

    LVDS信號是低壓差分信號。眾所周知,差分數據傳輸比單線數據傳輸對共模輸入噪聲有更強的抵抗力。在兩條差分信號線上,電流方向和電壓振幅相反,接收器只關心兩個信號的差異。因此,當噪聲同時耦合到兩條線上時,可以抵消,兩條信號線周圍的電磁場也相互抵消。因此,兩條差分信號線之比TTL單線信號傳輸的電磁輻射要小得多。恒流源驅動模式不易產生振鈴和切換尖銳信號,進一步降低噪聲。

       

    (3)低功耗

       

    LVDS器件一般用CMOS工藝實現,靜態功耗低。LVDS的負載(100Q終端電阻)功耗僅為1.2mW。LVDS采用恒流源模式驅動設計,極大地降低了頻率成分對功耗的影響。

       

    (4)低電壓

       

    LVDS接口采用低壓差信號技術,其發送和接收不依賴于電源電壓,如5V,因此,LVDS能比較容易地應用于低電壓系統中,如3.3V甚至2.5V,并保持相同的信號電平和性能。

       

    LVDS終端匹配也很容易,通常,一個接收輸入端盡可能接近的100Ω跨差分線的匹配電阻可以提供良好的匹配和較佳的信號質量。

       

    100歐電阻離接收端的距離不得超過500mil,較好控制在300mil以內。

       

    如圖所示,接收端接入匹配電阻100Ω跨接。

       

       

       

    LVDS信號布板注意事項:

       

    1.布成多層板

       

    有LVDS信號印刷板一般布置為多層板。LVDS信號屬于高速信號,相鄰層應為地層,對LVDS屏蔽信號以防止干擾。此外,如果物理空間條件允許,密度不大的板材較好使用LVDS信號和其它信號分別放置在不同的層上。例如,對于四層板,通??梢园匆韵路绞讲贾茫篖VDS信號層、地層、電源層等信號層。

       

    2.LVDS計算和控制信號阻抗

       

    LVDS信號的電壓擺幅只有350 mV,差分信號適用于電流驅動。為確保信號在傳輸線中傳輸時不受反射信號的影響,LVDS信號要求傳輸線阻抗受控,差異阻抗通常為(100±10)Ω。阻抗控制直接影響信號的完整性和延遲。如何控制阻抗?

       

    ①、確定接線模式、參數和阻抗計算。LVDS外微帶線差分模式和內帶狀線差分模式分別如圖2和圖3所示。相關的阻抗計算軟件(如POLAR-SI6000、CADENCE的ALLEGRO)阻抗計算公式也可用于計算。

       

    (i)微帶線(microstrip)

       

    Z={87/[sqrt(εr 1.41)]}ln[5.98H/(0.8W T)]

       

    其中,W為線寬,T為銅皮厚度,H參考平面距離,εr是PCB板材介電常數( lectric Constant)。這個公式必須是0.1

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