LVDS原理及设计指南--以及衍生的B-LVDS-M-LVDS--CML-LVPECL电平等
发布日期:2019-07-24
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LVDS原理及设计指南--以及衍生的B-LVDS-M-LVDS--CML-LVPECL电平等
LVDS是一种低摆幅的差分信号技术，它使得信号能在差分PCB 线对或平衡电缆上以几百Mbps的速率传输，其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。 IEEE 在两个标准中对LVDS 信号进行了定义。ANSI/TIA/E IA -644 中，推荐最大速率为
655Mbps ，理论极限速率为1.923Mbps。
一、LVDS组成
LVDS 信号传输一般由三部分组成：差分信号发送器，差分信号互联器，差分信号接收器。
差分信号发送器：将非平衡传输的TTL 信号转换成平衡传输的LVDS 信号。
差分信号接收器：将平衡传输的LVDS 信号转换成非平衡传输的TTL 信号。
差分信号互联器：包括联接线（电缆或者PCB 走线），终端匹配电阻。按照IEEE 规定 ，电阻为100 欧。我们通常选择为100 ，120 欧。
二、 LVDS信号电平特性 （电流驱动--电压接收--共模电压由0-2.4v直流偏置，典型为1.2v--差模电压：350mv由驱动电流提供-）
LVDS 物理接口使用1.2V 偏置电压作为基准（共模直流电压），提供大约350mV 摆幅（差模电压）。
LVDS 驱动器由一个驱动差分线对的电流源组成（通常电流为3.5mA），
LVD S 接收器具有很高的输入阻抗，因此驱动器输出的电流大部分都流过10 0 Ω 的匹配电阻，并在接收器的输入端产生大约350mV 的电压。
电流源为恒流特性，终端电阻在100 ――120 欧姆之间，则电压摆动幅度为：3.5mA * 100 = 350mV ；3.5mA * 120 = 420m V 。
由逻辑“0 ”电平变化到逻辑“1 ”电平是需要时间的。
由于LVDS 信号物理电平变化在0 。85――1 。55V 之间，其由逻辑“0”电平到逻辑“1 ”
电平变化的时间比TTL 电平要快得多，所以LVDS 更适合用来传输高速变化信号。其低压
特点，功耗也低
三、抗干扰性：
0--1电平表示：当输出V+=350MA电流，V-=0ma电流--那么输出的为高电平（在接收端的匹配电阻转换为电压值350mv），反之为低电平。摆幅VOD=共模差值350MV
.jpg "差分信号")
在实际线路传输中，
V+总电流=A(交流350MA)+D(直流1.2V/100=12MA)-----当然了，最主要的还是差模电压的交流信号
V-总电流=A(交流 0MA)+D(直流1.2V/100=12MA)-----当然了，最主要的还是差模电压的交流信号
差值--（在100欧姆上的电压）=[（350+12）-（0+12）]*100=0.35*100=0.35v=350mv
线路存在干扰，并且同时出现在差分线对上，
V+总电流=A(交流350MA)+D(直流1.2V/100=12MA) +G(干扰8ma)-----当然了，最主要的还是差模电压的交流信号
V-总电流=A(交流 0MA)+D(直流1.2V/100=12MA）+G(干扰8ma)-----当然了，最主要的还是差模电压的交流信号
差值--（在100欧姆上的电压）=[（350+12+8）-（0+12+8）]*100=0.35*100=0.35v=350mv（由于干扰是加在差分线上的所以相等抵消了）噪声被抑止掉。
上述可以形象理解差分方式抑止噪声的能力。在实际芯片中，是在噪声容限内，采
用“比较”及“量化”来处理的。
LVDS 接收器可以承受至少±1V 的驱动器与接收器之间的地的电压变化。由于LVDS
驱动器典型的偏置电压为+1.2V，地的电压变化、驱动器偏置电压以及轻度耦合到的噪声之
和，在接收器的输入端相对于接收器的地是共模电压。这个共模范围是：+0.2V～+2.2 V 。
建议接收器的输入电压范围为：0V～+2.4V
四、耦合方式---AC(交流)--DC（直流）
直流耦合方式：---耦合电容---匹配电阻--
由于在接收器的输入端相对于接收器的地是共模电压。这个共模范围是：+0.2V～+2.2 V
即：直流偏置电压要求不高：+0.2V～+2.2 V都可以---
所以--可以直接使用源端的直流偏置电压--即无论是高速低速--板间、板内-最好都使用直流耦合方式
但是当---干扰很大的板间---直流偏置不在范围内的则采用交流耦合
交流耦合方式：---耦合电容---匹配电阻--偏置电压（要加直流偏置电压--V_BIAS,若芯片内部不提供直流偏置的话要在外面接成这个样子，而不能只是简单的匹配电阻了）
优点：
1、接收器的输入波形将以偏置电压V_BIAS为中心--这使得接收器件能在器件的最佳点工作---从而能减少抖动和改善性能
2、由于CML和LVPECL并非工业标准。因此对器件的阈值并不硬性规定。假设驱动器和接收器有可能来自不同的厂商，则交流耦合能消除不同厂商的产品之间存在的任何阈值差异造成的影响
3、交流耦合能消除驱动器和接收器之间的任何直流偏置--因此，对于各种技术之间的转换非常有效
4、可以防止连个板卡或两个系统之间出现电位差
应用：总之----交流耦合一般出现在采样信号速率高和CML与LVPECL器件的应用情形中
五、衍生差分信号---CML---LVPECL---M-LVDS----B_LVDS
工业标准 最高速率 输出摆幅 功耗
LVDS TIA/EIA-644 3.125Gbps 350MV 低
LVPECL 无 10 +Gbps 800MV 中高
CML 无 10 +Gbps 800MV 中
M-LVDS TIA/EIA-899 250Mbps 550MV 低
B-LVDS 无 800Mbps 550MV 低
电流模式逻辑----Current-Mode Logic-------CML
低压正发射机耦合逻辑----Low-Voltage Positive-Emitter-Coupled--LVPECL
以上两个电平标准没有正式规范化---个厂商之间的心能差异很大
各种电平速度比较
直流偏置电压比较
功耗比较
六、LVDS-CML-LVPECL三种电平的转换
CML
LVPECL
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应用领域：新能源汽车电子、智能机器人、无人机、医疗电子、2.4G无线通讯、微波通信、光网络通讯、蓝牙、移动终端、物联网、工业控制、及安防行业都取得一定的市场占有率。
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