LVDS原理及設計指南--以及衍生的B-LVDS-M-LVDS--CML-LVPECL電平等
發布日期:2019-07-24
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LVDS原理及設計指南--以及衍生的B-LVDS-M-LVDS--CML-LVPECL電平等
LVDS是一種低擺幅的差分信號技術，它使得信號能在差分PCB 線對或平衡電纜上以幾百Mbps的速率傳輸，其低壓幅和低電流驅動輸出實現了低噪聲和低功耗。 IEEE 在兩個標準中對LVDS 信號進行了定義。ANSI/TIA/E IA -644 中，推薦最大速率為
655Mbps ，理論極限速率為1.923Mbps。
一、LVDS組成
LVDS 信號傳輸一般由三部分組成：差分信號發送器，差分信號互聯器，差分信號接收器。
差分信號發送器：將非平衡傳輸的TTL 信號轉換成平衡傳輸的LVDS 信號。
差分信號接收器：將平衡傳輸的LVDS 信號轉換成非平衡傳輸的TTL 信號。
差分信號互聯器：包括聯接線（電纜或者PCB 走線），終端匹配電阻。按照IEEE 規定 ，電阻為100 歐。我們通常選擇為100 ，120 歐。
二、 LVDS信號電平特性 （電流驅動--電壓接收--共模電壓由0-2.4v直流偏置，典型為1.2v--差模電壓：350mv由驅動電流提供-）
LVDS 物理接口使用1.2V 偏置電壓作為基準（共模直流電壓），提供大約350mV 擺幅（差模電壓）。
LVDS 驅動器由一個驅動差分線對的電流源組成（通常電流為3.5mA），
LVD S 接收器具有很高的輸入阻抗，因此驅動器輸出的電流大部分都流過10 0 Ω 的匹配電阻，并在接收器的輸入端產生大約350mV 的電壓。
電流源為恒流特性，終端電阻在100 ――120 歐姆之間，則電壓擺動幅度為：3.5mA * 100 = 350mV ；3.5mA * 120 = 420m V 。
由邏輯“0 ”電平變化到邏輯“1 ”電平是需要時間的。
由于LVDS 信號物理電平變化在0 。85――1 。55V 之間，其由邏輯“0”電平到邏輯“1 ”
電平變化的時間比TTL 電平要快得多，所以LVDS 更適合用來傳輸高速變化信號。其低壓
特點，功耗也低
三、抗干擾性：
0--1電平表示：當輸出V+=350MA電流，V-=0ma電流--那么輸出的為高電平（在接收端的匹配電阻轉換為電壓值350mv），反之為低電平。擺幅VOD=共模差值350MV
.jpg "差分信號")
在實際線路傳輸中，
V+總電流=A(交流350MA)+D(直流1.2V/100=12MA)-----當然了，最主要的還是差模電壓的交流信號
V-總電流=A(交流 0MA)+D(直流1.2V/100=12MA)-----當然了，最主要的還是差模電壓的交流信號
差值--（在100歐姆上的電壓）=[（350+12）-（0+12）]*100=0.35*100=0.35v=350mv
線路存在干擾，并且同時出現在差分線對上，
V+總電流=A(交流350MA)+D(直流1.2V/100=12MA) +G(干擾8ma)-----當然了，最主要的還是差模電壓的交流信號
V-總電流=A(交流 0MA)+D(直流1.2V/100=12MA）+G(干擾8ma)-----當然了，最主要的還是差模電壓的交流信號
差值--（在100歐姆上的電壓）=[（350+12+8）-（0+12+8）]*100=0.35*100=0.35v=350mv（由于干擾是加在差分線上的所以相等抵消了）噪聲被抑止掉。
上述可以形象理解差分方式抑止噪聲的能力。在實際芯片中，是在噪聲容限內，采
用“比較”及“量化”來處理的。
LVDS 接收器可以承受至少±1V 的驅動器與接收器之間的地的電壓變化。由于LVDS
驅動器典型的偏置電壓為+1.2V，地的電壓變化、驅動器偏置電壓以及輕度耦合到的噪聲之
和，在接收器的輸入端相對于接收器的地是共模電壓。這個共模范圍是：+0.2V～+2.2 V 。
建議接收器的輸入電壓范圍為：0V～+2.4V
四、耦合方式---AC(交流)--DC（直流）
直流耦合方式：---耦合電容---匹配電阻--
由于在接收器的輸入端相對于接收器的地是共模電壓。這個共模范圍是：+0.2V～+2.2 V
即：直流偏置電壓要求不高：+0.2V～+2.2 V都可以---
所以--可以直接使用源端的直流偏置電壓--即無論是高速低速--板間、板內-最好都使用直流耦合方式
但是當---干擾很大的板間---直流偏置不在范圍內的則采用交流耦合
交流耦合方式：---耦合電容---匹配電阻--偏置電壓（要加直流偏置電壓--V_BIAS,若芯片內部不提供直流偏置的話要在外面接成這個樣子，而不能只是簡單的匹配電阻了）
優點：
1、接收器的輸入波形將以偏置電壓V_BIAS為中心--這使得接收器件能在器件的最佳點工作---從而能減少抖動和改善性能
2、由于CML和LVPECL并非工業標準。因此對器件的閾值并不硬性規定。假設驅動器和接收器有可能來自不同的廠商，則交流耦合能消除不同廠商的產品之間存在的任何閾值差異造成的影響
3、交流耦合能消除驅動器和接收器之間的任何直流偏置--因此，對于各種技術之間的轉換非常有效
4、可以防止連個板卡或兩個系統之間出現電位差
應用：總之----交流耦合一般出現在采樣信號速率高和CML與LVPECL器件的應用情形中
五、衍生差分信號---CML---LVPECL---M-LVDS----B_LVDS
工業標準 最高速率 輸出擺幅 功耗
LVDS TIA/EIA-644 3.125Gbps 350MV 低
LVPECL 無 10 +Gbps 800MV 中高
CML 無 10 +Gbps 800MV 中
M-LVDS TIA/EIA-899 250Mbps 550MV 低
B-LVDS 無 800Mbps 550MV 低
電流模式邏輯----Current-Mode Logic-------CML
低壓正發射機耦合邏輯----Low-Voltage Positive-Emitter-Coupled--LVPECL
以上兩個電平標準沒有正式規范化---個廠商之間的心能差異很大
各種電平速度比較
直流偏置電壓比較
功耗比較
六、LVDS-CML-LVPECL三種電平的轉換
CML
LVPECL
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