H20150128101(科技视界)-LVDS技术及其在多信道高速数据传输中的应用分析.doc

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1、LVDS技术及其在多信道高速数据传输中的应用分析【摘要】随着集成电路的飞速发展，其对数据速率提出更加苛刻的要求。LVDS技术的出现，能够实现信号在差分PCB线对或者平衡电缆上通过数百Mbps的速率进行传输，能够确保输出更加节能与安全。本文将首先介绍LVDS技术的原理以及设计过程，并分析LVDS应用于多信道高速数据传输的效果。【关键词】LVDS技术；多信道；数据传输；应用随着信息技术的发展，对信号带宽提出更高的要求，并且促进多信道应用的推广，总之数据量越来越大，传输速率越来越快。传统的点对点式的物理层接口已经

2、明显无法胜任如今的数据要求，不仅速度跟不上节奏，而且功耗、噪声等性能表现不佳。随着LVDS技术的普及，上述问题得到一定程度的缓解，并且在雷达中展现出广阔的应用前景。1LVDS技术原理及设计LVDS（LowVoltageDifferentialSignaling）是以低摆幅为主要特征的差分信号技术，能够以数百Mbps的传输速率稳定工作在平衡电缆上，并且可以保持良好的低压幅以及低电流输出，并且保证噪声和功耗控制在一定范围内。近几十年的发展，使得逻辑电路接口不断调整，以适应越来越高的传输速率要求，使低压供电成为可

3、能。供电电压的降低有诸多好处，除了可以大幅度削减功率消耗以外，还可以促进芯片的散热，使集成度的提高成为可能。LVDS就是实现低供电电压和小电压摆幅最为明显的例子，低压差分信号的物理接口采用的是1.2V偏置偏置供应400mV摆幅的信号，最大程度消除噪声。LVDS可以在任意供电电压下工作，驱动对供电电压的依赖程度较低，能够更加方便地实现性能稳定性，随供电系统变化小。通常LVDS的定义中规定了其电特征，对SCI协议里包交换的编码进行了详尽的定义。定义和特定的物理媒质无直接关联，也指代说明了只要接口可以正常运行，就

4、应当使媒质控制在噪声边缘以及歪斜容忍度之内将信号传递至接收器。LVDS的优点众多，其中最主要的是良好的终端适配性能、功耗极低、可靠性高、成本控制良好和传输速率大。正是这些优点使得LVDS技术在通讯、计算机等多个行业得到广泛的应用。LVDS接口连接图由驱动器、互连单元和接收器三部分构成，这采用的是单工方式，但是部分情况下也能采用半双工、多点配置的方式，限制条件是噪声小、距离足够短。点与点之间的连接由上述三部分组成，其中驱动器和接收器实现TTL和LVDS两种不同信号之间的转换。LVDS接收器阻抗相当高，所以输出

5、电流大多流经100欧姆的电阻。驱动器发生翻转的时候，会改变电流在电阻中的流动方向，通常根据逻辑状态“1”和“0”进行区分。LVDS技术的采用，使PCB板的功效最大程度发挥，从某种意义上讲削减了成本。LVDS技术可以实现高速驱动，一般而言，实现点对点的连接，数据传输速率超过800Mbps，如果采用的是多点互连的FR4背板，将十块卡当成负载接入的总线，可以实现400Mbps的数据传输速度。由于LVDS产生的是差分信号，在传输过程中有更多优势。例如具有更强的噪声抵抗能力，然而单线数据传输噪声抵抗能力很弱。两条差分

6、信号线上的电流流动方向相反，产生的噪声将会保持共模的方式，并耦合至两条线上。LVDS技术中的接收端更多考虑的是两个信号差值，从而确保噪声微小。两条反向的信号线将会产生相互抵消的电磁场，相比以往的单线信号传输具有更小的电磁辐射，噪声控制更加科学合理。不依赖供电电压的特性使LCDS在2-4V的广阔范围内表现良好。LVDS不受电磁辐射的干扰，提供优质上乘的信号质量。但是LVDS技术对空间跨度的要求较高，传输距离一般大于20m时才能取得良好效果。2LVDS典型结构及主要应用范围当前我国采用的LVDS产品大多来自美国

7、与德国的半导体公司，这两个产地的LVDS产品相比更加成熟，可以较好地实现点至点结构、点至多点结构、多点与多点结构和矩阵开关这样四种结构，性能稳定，各方面优势明显。2.1点到点结构与点到多点结构的应用点到点以及点到多点结构的产品由LVDS驱动、接收器以及解串器等组成。在进行多通道、动态响应频繁的数据传输过程中表现出优良特性，其中解串器是有效的解决方案。在雷达系统中，各个分系统按照不同的传输方式进行数据传输，不同系统均凭借背板完成传输，LVDS技术的引入对简化电缆及相关接插件有促进作用，并且可以大大降低PCB背

8、板的复杂程度。点对点与点对多点的结构可以广泛适用于雷达系统，表现出优良的使用特性。单点到多点的结构通常用于数据分配业务，以发送广播的形式向多个接收器发送信号，采用广播式的总线结构，保证数据高传输速率、稳定性和安全性。2.2多点到多点结构的应用多点到多点结构主要采用BusLVDS技术，能较全面地满足使用需求。其中BusLVDS是在接收器与驱动器方面做出应用拓展，使该技术更符合多点到多点应用的要求。经过拓展的LVDS