LVDS技術(shù)及其在多信道高速數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用

LVDS技術(shù)及其在多信道高速數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用 摘要：介紹LVDS技術(shù)及其在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用，應(yīng)用LVDS技術(shù)解決雷達(dá)系統(tǒng)中多信道、高速數(shù)據(jù)的傳輸問題。

關(guān)鍵詞：LVDS數(shù)據(jù)傳輸PCB阻抗匹配

在被稱為信息時(shí)代的今天，為適應(yīng)信息化的高速發(fā)展，高速處理器、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)信號(hào)的帶寬要求越來越大，多信道應(yīng)用日益普及，所需傳送的數(shù)據(jù)量越來越大，速度越來越快。目前存在的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物理層接口如RS-422、RS-485、SCSI以及其它數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，由于其在速度、噪聲/EMI、功耗、成本等方面所固有的限制越來越難以勝任此任務(wù)。在轉(zhuǎn)達(dá)領(lǐng)域，隨著技術(shù)的發(fā)展，新體制雷達(dá)的出現(xiàn)和普及，如DBF體制雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)等，所需處理的信號(hào)帶寬和信號(hào)通道數(shù)大幅度增加，同樣面臨著大數(shù)據(jù)量的傳輸問題。因此采用新的技術(shù)解決I/O接口總是成為必然趨勢(shì)，LVDS這種高速低功耗接口標(biāo)準(zhǔn)為解決這一瓶頸問題提供了可能。目前LVDS技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用日益普及，本文結(jié)合雷達(dá)中的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)介紹LVDS技術(shù)，分析LVDS技術(shù)在雷達(dá)中的應(yīng)用前景。

1 LVDS技術(shù)介紹

LVDS（LOWVOLTAGEDIFFERENTIALSIGNALING）是一種小振幅差分信號(hào)技術(shù)，使用非常低的幅度信號(hào)（約350mV）通過一對(duì)差分PCB走線或平衡電纜傳輸數(shù)據(jù)。它允許單個(gè)信道傳輸速率達(dá)到每秒數(shù)百兆比特，其特有的低振幅及恒流源模式驅(qū)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(duì)高速/低功耗數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋�(gè)多任務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)，在ANSI/TIA/EIA-644-1995標(biāo)準(zhǔn)中被標(biāo)準(zhǔn)化。

1.1LVDS工作原理

圖1為L(zhǎng)VDS的原理簡(jiǎn)圖，其驅(qū)動(dòng)器由一個(gè)恒流源（通常為3.5mA）驅(qū)動(dòng)一對(duì)差分信號(hào)線組成。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(qū)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(dāng)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)反轉(zhuǎn)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LVDS能高速驅(qū)動(dòng)，例如：對(duì)于點(diǎn)到點(diǎn)的連接，傳輸速率可達(dá)800Mbps；對(duì)于多點(diǎn)互連FR4背板，十塊卡作為負(fù)載插入總線，傳輸速率可達(dá)400Mbps。

1.2.2低噪聲/低電磁干擾

LVDS信號(hào)是低擺幅的差分信號(hào)。眾所周知，差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸方式比單線數(shù)據(jù)傳輸對(duì)共模輸入噪聲有更強(qiáng)的抵抗能力，在兩條差分信號(hào)線上電流以方向及電壓振幅相反，噪聲以共模方式同時(shí)耦合到兩條線上。而接收端只關(guān)心兩信號(hào)的差值，于是噪聲被抵消。由于兩條信號(hào)線周圍的電磁場(chǎng)也相互抵消，故比單線信號(hào)傳輸電磁輻射小得多。而且，恒流源驅(qū)動(dòng)模式不易產(chǎn)生振鈴和切換尖鋒信號(hào)，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(xiàn)的，這就提供了低的靜態(tài)功耗；

（2）負(fù)載（100Ω終端電阻）的功耗僅為1.2mW；

（3）恒流源模式驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)降低系統(tǒng)功耗，并極大地降低了Icc的頻率成分對(duì)功耗的影響。與其相比，TTL/CMOS收發(fā)器的動(dòng)態(tài)功耗相對(duì)頻率呈指數(shù)上升。

1.2.4節(jié)省成本

（1）經(jīng)濟(jì)的COMS工藝實(shí)現(xiàn)技術(shù)；

（2）低成本實(shí)現(xiàn)高性能，對(duì)電纜、連接器和PCB材料無荷刻要求；

（3）低能耗；

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

另外，由于是低擺幅差分信號(hào)技術(shù)，其驅(qū)動(dòng)和接收不依賴于供電電壓，如5V；因此，LVDS能比較容易應(yīng)用于低電壓系統(tǒng)中，如3.3V甚至2.5V，保持同樣的信號(hào)電平和性能。LVDS也易于匹配終端。無論其傳輸介質(zhì)是電纜還是PCB走線，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(hào)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(yīng)用在20m以上。

2 LVDS的典型結(jié)構(gòu)和常用產(chǎn)品

目前LVDS產(chǎn)品主要有美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司全系列的LVDS產(chǎn)品和德州儀器半導(dǎo)體司的LVDS產(chǎn)品系列。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司這方面更具優(yōu)勢(shì)，其產(chǎn)品主要有四種典型結(jié)構(gòu)，是目前數(shù)據(jù)傳輸和交換常用的四種方式。

2.1典型結(jié)構(gòu)

（1)點(diǎn)到點(diǎn)結(jié)構(gòu)�；�本的發(fā)展和接收結(jié)構(gòu)，用于兩點(diǎn)間固定方向信號(hào)傳輸；

(2)點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)。廣播式總線結(jié)構(gòu)連接多個(gè)接收端到一個(gè)發(fā)送端，常用于數(shù)據(jù)分配；

(3)多點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)。多點(diǎn)互連總線使點(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)矩陣開關(guān)結(jié)構(gòu)。通常應(yīng)用于需要非常高的信號(hào)交換通路的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)全雙工通信。

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