电子教材-TTL集成电路芯片在机电系统中的应用

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1、LVDS原理与应用简介LVDS原理与应用简介1LVDS信号介绍LVDS：LowVoltageDifferentialSignaling，低电压差分信号。LVDS传输支持速率一般在155Mbps（大约为77MHZ）以上。LVDS是一种低摆幅的差分信号技术，它使得信号能在差分PCB线对或平衡电缆上以几百Mbps的速率传输，其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。IEEE在两个标准中对LVDS信号进行了定义。ANSI/TIA/EIA-644中，推荐最大速率为655Mbps，理论极限速率为1.923Mbps。1.1LVDS信号传输组成T

2、TLLVDSTTLIN+RIN-INOUT差分发送器互联器差分接收器图1LVDS信号传输组成图LVDS信号传输一般由三部分组成：差分信号发送器，差分信号互联器，差分信号接收器。差分信号发送器：将非平衡传输的TTL信号转换成平衡传输的LVDS信号。通常由一个IC来完成，如：DS90C031差分信号接收器：将平衡传输的LVDS信号转换成非平衡传输的TTL信号。通常由一个IC来完成，如：DS90C032差分信号互联器：包括联接线（电缆或者PCB走线），终端匹配电阻。按照IEEE规定，电阻为100欧。我们通常选择为100，120欧。1.2LV

3、DS信号电平特性LVDS物理接口使用1.2V偏置电压作为基准，提供大约400mV摆幅。LVDS驱动器由一个驱动差分线对的电流源组成（通常电流为3.5mA），LVDS接收器具有很高的输入阻抗，因此驱动器输出的电流大部分都流过100Ω　的匹配电阻，并在接收器1LVDS原理与应用简介的输入端产生大约350mV的电压。电流源为恒流特性，终端电阻在100――120欧姆之间，则电压摆动幅度为：3.5mA*100=350mV；3.5mA*120=420mV。下图为LVDS与PECL（光收发器使用的电平）电平变化。图2LVDS与PECL电平图示由逻辑

4、“0”电平变化到逻辑“1”电平是需要时间的。由于LVDS信号物理电平变化在0。85――1。55V之间，其由逻辑“0”电平到逻辑“1”电平变化的时间比TTL电平要快得多，所以LVDS更适合用来传输高速变化信号。其低压特点，功耗也低。采用低压技术适应高速变化信号，在微电子设计中的例子很多，如：FPGA芯片的内核供电电压为2。5V或1.8V；PC机的CPU内核电压，PIII800EB为1.8V；数据传输领域中很多功能芯片都采用低电压技术。1.3差分信号抗噪特性从差分信号传输线路上可以看出，若是理想状况，线路没有干扰时，在发送侧，可以形象理解

5、为：IN=IN+-IN-在接收侧，可以理解为：IN+-IN-=OUT所以：OUT=IN在实际线路传输中，线路存在干扰，并且同时出现在差分线对上，在发送侧，仍然是：IN=IN+-IN-线路传输干扰同时存在于差分对上，假设干扰为q，则接收则：(IN++q)-(IN-+q)=IN+-IN-=OUT所以：OUT=IN2LVDS原理与应用简介噪声被抑止掉。上述可以形象理解差分方式抑止噪声的能力。在实际芯片中，是在噪声容限内，采用“比较”及“量化”来处理的。LVDS接收器可以承受至少±1V的驱动器与接收器之间的地的电压变化。由于LVDS驱动器典型

6、的偏置电压为+1.2V，地的电压变化、驱动器偏置电压以及轻度耦合到的噪声之和，在接收器的输入端相对于接收器的地是共模电压。这个共模范围是：+0.2V～+2.2V。建议接收器的输入电压范围为：0V～+2.4V。抑止共模噪声是DS（差分信号）的共同特性，如RS485,RS422电平，采用差分平衡传输，由于其电平幅度大，更不容易受干扰，适合工业现场不太恶劣环境下通讯。2LVDS系统设计LVDS系统的设计要求设计者应具备超高速单板设计的经验并了解差分信号的理论。设计高速差分板并不困难，下面将简要介绍一下各注意点。2.1PCB板(A）至少使用４

7、层PCB板（从顶层到底层）：LVDS信号层、地层、电源层、TTL信号层；（B）使TTL信号和LVDS信号相互隔离，否则TTL可能会耦合到LVDS线上，最好将TTL和LVDS信号放在由电源／地层隔离的不同层上；（C）使LVDS驱动器尽可能地靠近连接器的LVDS端，即尽可能减小线路距离；（D）保证LVDS器件电源质量；使用分布式的多个电容来旁路LVDS设备，表面贴电容靠近电源／地层管脚放置；（E）电源层和地层应使用粗线；（F）保持PCB地线层返回路径宽而短；（G）连接两个系统的地层；2.2板上导线（A）微带传输线（microstrip）和

8、带状线（stripline）都有较好性能；（B）微带传输线的优点：一般有更高的差分阻抗、不需要额外的过孔；signal/TOP层GND层signal层/BOTTOMGND层3LVDS原理与应用简介（C）带状线在信号间提供