LVDS原理及布板技巧

发布时间:2022-05-22

LVDS: 低压差信号

LVDS(Low Voltage Differential Signal)即低压差分信号。

LVDS电流驱动模式驱动模式 电压摆幅350mV加载在100Ω电阻上。

其中一个是发送端3.5mA产生的电流源3.5mA电流通过差分线一路到达接收端。由于接收端直流电阻高,电流通过接收端100Ω产生匹配电阻350mV同时,电流通过差分线的另一路流回发送端。当发送端状态发生变化时,通过改变流经100Ω电阻的电流方向产生有效的0和1 态。


LVDS优点: 高速传输 低噪声 低功耗 低压

(1)高速传输能力 低摆幅:350mv

LVDS低摆幅输出技术恒流源模式意味着LVDS可以高速驱动,如点到点连接,传输速率可以达到800Mbit/s。

从逻辑0电平到逻辑1电平需要时间。LVDS信号物理电平发生变化0.85――1.55V从逻辑0电平到逻辑1电平的时间比TTL电平要快得多。

(2)低噪声/低电磁干扰

LVDS信号是低压差分信号。众所周知,差分数据传输比单线数据传输对共模输入噪声有更强的抵抗力。在两条差分信号线上,电流方向和电压振幅相反,接收器只关心两个信号的差异。因此,当噪声同时耦合到两条线上时,可以抵消,两条信号线周围的电磁场也相互抵消。因此,两条差分信号线之比TTL单线信号传输的电磁辐射要小得多。此外,恒流源驱动模式不易产生振铃和切换尖锐信号,进一步降低噪声。

(3)低功耗

LVDS器件一般用CMOS工艺实现,静态功耗低。LVDS的负载(100Q终端电阻)功耗仅为1.2mW。LVDS恒流源模式驱动设计大大降低了频率成分对功耗的影响。

(4)低电压

LVDS接口采用低压差信号技术,其发送和接收不依赖于供电电压,如5V,因此,LVDS可轻松应用于低压系统,如3.3V甚至2.5V,并保持相同的信号电平和性能。

LVDS终端匹配也很容易,通常,尽可能靠近接收输入端100Ω跨差分线的匹配电阻可以提供良好的匹配和较佳的信号质量。

100欧电阻离接收端的距离不得超过500mil,较好控制在300mil以内。

如图所示,在接收端连接匹配电阻100Ω跨接。



LVDS信号布板注意事项:

1.布成多层板

有LVDS信号印刷板一般布置为多层板。LVDS信号属于高速信号,相邻层应为地层,对LVDS屏蔽信号以防止干扰。此外,如果物理空间条件允许,密度不大的板材较好使用LVDS信号和其它信号分别放置在不同的层上。例如,对于四层板,通常可以按以下方式布置:LVDS信号层、地层、电源层等信号层。

2.LVDS计算和控制信号阻抗

LVDS信号的电压摆幅只有350 mV,差分信号适用于电流驱动。为确保信号在传输线中传输时不受反射信号的影响,LVDS信号要求传输线阻抗受控,差异阻抗通常为(100±10)Ω。阻抗控制的好坏直接影响信号完整性及延迟。如何对其进行阻抗控制呢?

①、确定接线模式、参数和阻抗计算。LVDS外微带线差分模式和内带状线差分模式分别如图2和图3所示。相关的阻抗计算软件(如POLAR-SI6000、CADENCE的ALLEGRO)计算也可利用阻抗计算公式计算。

(i)微带线(microstrip)

Z={87/[sqrt(εr 1.41)]}ln[5.98H/(0.8W T)]

其中,W为线宽,T为铜皮厚度,H参考平面距离,εr是PCB板材介电常数( lectric Constant)。这个公式必须在0.1