怎樣才能充分利用低壓差分信號LVDS

低壓差分信號(LVDS)是一種低壓、差分信號傳輸方案，主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù) ANSI/TIA/EIA-644 規(guī)范中的定義，它是一種最為常見的差分接口。這種標(biāo)準(zhǔn)只對適合于 LVDS 應(yīng)用的驅(qū)動器和接收機(jī)電氣特性進(jìn)行了規(guī)定。因此，它只是一種電氣標(biāo)準(zhǔn)，常被一些更高級的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)作其接口或物理層。

在高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)中使用該傳輸方案可在保持轉(zhuǎn)換器高性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)輸出。獨(dú)立 ADC 必須能夠驅(qū)動以PCB走線形式存在的容性負(fù)載、以及接收電路的輸入邏輯。此處，ADC 輸出級的一個(gè)單端驅(qū)動器會導(dǎo)致大量瞬態(tài)開關(guān)噪聲，這些噪聲是由大電流晶體管的開和關(guān)造成的。這些瞬態(tài)會耦合回ADC的模擬前端，從而對其性能產(chǎn)生不利影響。

然而，LVDS 驅(qū)動器級需要在一個(gè)始終開啟的 3.5mA(典型值)電流源環(huán)境中運(yùn)行(請參見圖 1)。通過差分對導(dǎo)體以不同方向重新分配電流，便可形成總線上的邏輯 1 和 0。這種消除開關(guān)噪聲和 EMI 的“始終開啟”特性正是降低 ADC 性能的主要原因。

圖 1： LVDS 驅(qū)動器和接收器。(電流型驅(qū)動 差分接收器)

由于專為點(diǎn)對點(diǎn)信號傳輸而設(shè)計(jì)，LVDS使用的是一種簡單的端接方案。安裝在接收器輸入端的單個(gè)100歐姆電阻端接差分對，從而消除了反射。

由于高阻抗接器輸入，驅(qū)動器電流源的全部電流流經(jīng)端接電阻，從而產(chǎn)生了一個(gè) 350 mV 額定值的低、差分總線電壓。該電壓在 1.2 V 共模電位左右擺動，其為典型驅(qū)動器輸出失調(diào)電壓(請參見圖 2)。

圖 2：LVDS 總線電壓電平。

相比單端方案，差分信號傳輸還有另一個(gè) LVDS 好處，因?yàn)樗灰资艿焦材Ｔ肼暤挠绊?，并且產(chǎn)生更少的電磁干擾 (EMI)。

由于接收器只響應(yīng)差分電壓，因此同鄰近的信號線耦合的噪聲被接收器視作共模調(diào)制，從而被拒絕接收。另外，由于兩個(gè)差分對導(dǎo)體傳導(dǎo)電流相等但極性相反，因此它們的磁場基本互相抵消，從而實(shí)現(xiàn) EMI 最小化。

根據(jù)數(shù)據(jù)速率的不同，標(biāo)準(zhǔn) LVDS IC 可以驅(qū)動長達(dá) 10 米的距離。然而，不應(yīng)強(qiáng)制高性能ADC驅(qū)動這一距離。取而代之的是，建議使用兩英寸以內(nèi)的較短的輸出線，以防止鄰近電路的噪聲耦合到 ADC 輸出端，因?yàn)槠淇赡軙答侎詈现?ADC 模擬輸入端。

盡管低功耗、低 EMI 和高噪聲抗擾度使得 LVDS 成為高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的接口選擇，但是必須運(yùn)用精心的布線技術(shù)，以避免阻抗不連續(xù)和信號時(shí)延差，否則就抵消了上述 LVDS 的好處。