LVDS技術(shù)及其在多信道高速數據傳輸中的應用

LVDS技術(shù)及其在多信道高速數據傳輸中的應用 摘要：介紹LVDS技術(shù)及其在雷達系統中的應用，應用LVDS技術(shù)解決雷達系統中多信道、高速數據的傳輸問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：LVDS數據傳輸PCB阻抗匹配

在被稱(chēng)為信息時(shí)代的今天，為適應信息化的高速發(fā)展，高速處理器、多媒體、虛擬現實(shí)以及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)對信號的帶寬要求越來(lái)越大，多信道應用日益普及，所需傳送的數據量越來(lái)越大，速度越來(lái)越快。目前存在的點(diǎn)對點(diǎn)物理層接口如RS-422、RS-485、SCSI以及其它數據傳輸標準，由于其在速度、噪聲/EMI、功耗、成本等方面所固有的限制越來(lái)越難以勝任此任務(wù)。在轉達領(lǐng)域，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，新體制雷達的出現和普及，如DBF體制雷達、相控陣雷達等，所需處理的信號帶寬和信號通道數大幅度增加，同樣面臨著(zhù)大數據量的傳輸問(wèn)題。因此采用新的技術(shù)解決I/O接口總是成為必然趨勢，LVDS這種高速低功耗接口標準為解決這一瓶頸問(wèn)題提供了可能。目前LVDS技術(shù)在通信領(lǐng)域的應用日益普及，本文結合雷達中的數據傳輸特點(diǎn)介紹LVDS技術(shù)，分析LVDS技術(shù)在雷達中的應用前景。

1 LVDS技術(shù)介紹

LVDS（LOWVOLTAGEDIFFERENTIALSIGNALING）是一種小振幅差分信號技術(shù)，使用非常低的幅度信號（約350mV）通過(guò)一對差分PCB走線(xiàn)或平衡電纜傳輸數據。它允許單個(gè)信道傳輸速率達到每秒數百兆比特，其特有的低振幅及恒流源模式驅動(dòng)只產(chǎn)生極低的噪聲，消耗非常小的功率。同時(shí)，LVDS也是對高速/低功耗數據傳輸的一個(gè)多任務(wù)接口標準，在A(yíng)NSI/TIA/EIA-644-1995標準中被標準化。

1.1LVDS工作原理

圖1為L(cháng)VDS的原理簡(jiǎn)圖，其驅動(dòng)器由一個(gè)恒流源（通常為3.5mA）驅動(dòng)一對差分信號線(xiàn)組成。在接收端有一個(gè)高的直流輸入阻抗（幾乎不會(huì )消耗電流），所以幾乎全部的驅動(dòng)電流將流經(jīng)100Ω的終端電阻在接收器輸入端產(chǎn)生約350mV的電壓。當驅動(dòng)狀態(tài)反轉時(shí)，流經(jīng)電阻的電流方向改變，于是在接收端產(chǎn)生一個(gè)有效的"0"或"1"邏輯狀態(tài)。

1.2LVDS技術(shù)的特點(diǎn)

LVDS技術(shù)之所以能夠解決目前物理層接口的瓶頸，正是由于其在速度、噪聲/EMI、功耗、成本等方面的優(yōu)點(diǎn)。

1.2.1高速傳輸能力

LVDS技術(shù)的恒流源模式低擺幅輸出意味著(zhù)LVDS能高速驅動(dòng)，例如：對于點(diǎn)到點(diǎn)的連接，傳輸速率可達800Mbps；對于多點(diǎn)互連FR4背板，十塊卡作為負載插入總線(xiàn)，傳輸速率可達400Mbps。

1.2.2低噪聲/低電磁干擾

LVDS信號是低擺幅的差分信號。眾所周知，差分數據傳輸方式比單線(xiàn)數據傳輸對共模輸入噪聲有更強的抵抗能力，在兩條差分信號線(xiàn)上電流以方向及電壓振幅相反，噪聲以共模方式同時(shí)耦合到兩條線(xiàn)上。而接收端只關(guān)心兩信號的差值，于是噪聲被抵消。由于兩條信號線(xiàn)周?chē)�的電磁�?chǎng)也相互抵消，故比單線(xiàn)信號傳輸電磁輻射小得多。而且，恒流源驅動(dòng)模式不易產(chǎn)生振鈴和切換尖鋒信號，進(jìn)一步降低了噪聲。

1.2.3低功耗

(1)LVDS器件是用CMOS工藝實(shí)現的，這就提供了低的靜態(tài)功耗；

（2）負載（100Ω終端電阻）的功耗僅為1.2mW；

（3）恒流源模式驅動(dòng)設計降低系統功耗，并極大地降低了Icc的頻率成分對功耗的影響。與其相比，TTL/CMOS收發(fā)器的動(dòng)態(tài)功耗相對頻率呈指數上升。

1.2.4節省成本

（1）經(jīng)濟的COMS工藝實(shí)現技術(shù)；

（2）低成本實(shí)現高性能，對電纜、連接器和PCB材料無(wú)荷刻要求；

（3）低能耗；

（4）TTL/CMOS信號能被串行或混合到單個(gè)LVDS通道，減少板面、層數、接插件和電纜。

另外，由于是低擺幅差分信號技術(shù)，其驅動(dòng)和接收不依賴(lài)于供電電壓，如5V；因此，LVDS能比較容易應用于低電壓系統中，如3.3V甚至2.5V，保持同樣的信號電平和性能。LVDS也易于匹配終端。無(wú)論其傳輸介質(zhì)是電纜還是PCB走線(xiàn)，都必須與終端匹配，以減少不希望的電磁輻射，提供最佳的信號質(zhì)量。通常一個(gè)盡可能靠近接收輸入端的100Ω終端電阻跨在差分線(xiàn)上即可提供良好的匹配。目前LVDS技術(shù)在傳輸距離上其局限性，一般應用在20m以上。

2 LVDS的典型結構和常用產(chǎn)品

目前LVDS產(chǎn)品主要有美國國家半導體公司全系列的LVDS產(chǎn)品和德州儀器半導體司的LVDS產(chǎn)品系列。美國國家半導體公司這方面更具優(yōu)勢，其產(chǎn)品主要有四種典型結構，是目前數據傳輸和交換常用的四種方式。

2.1典型結構

（1)點(diǎn)到點(diǎn)結構�；�本的發(fā)展和接收結構，用于兩點(diǎn)間固定方向信號傳輸；

(2)點(diǎn)到多點(diǎn)結構。廣播式總線(xiàn)結構連接多個(gè)接收端到一個(gè)發(fā)送端，常用于數據分配；

(3)多點(diǎn)到多點(diǎn)結構。多點(diǎn)互連總線(xiàn)使點(diǎn)到點(diǎn)之間互連降到最少，同時(shí)提供雙向，半雙工通訊能力，在同一時(shí)間，只能有一個(gè)發(fā)送器工作；

（4)矩陣開(kāi)關(guān)結構。通常應用于需要非常高的信號交換通路的系統中，實(shí)現全雙工通信。

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