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【银河国际app】低压差分信号LVDS

2020-11-20 11:09:01

目前的点对点物理层模块,如RS-232、RS-422、RS-485、SCSI以及其他数据传输标准,由于在速度、噪声、EMI/EMC、功耗、成本等方面所固有的容许,使其更加无法胜任实际的应用于,所以在一些低电压工作环境中受到限制。在高速点对点数据传输中,高压差分信号(LowVoltageDifferentialSignaling,LVDS)技术具备可以对发射极耦合逻辑和各种高速I/O模块获取低功耗、低电压的特点。LVDS正是在这种背景下发展一起的驱动高速数据传输技术,现在普遍地应用于在电信通信、数据通信和表明设备上的点对点通信中。

高速数据通信可分成系统间的通信和系统内的通信,LVDS技术主要应用于在系统内的数据通信,这是由于系统间的通信一般必须标准的通信协议,例如IEEE1394、吉比特以太网等。如果在系统内用于这些协议,则在硬件和软件上的支出过于大,所以非常简单、廉价的LVDS技术沦为系统内数据通信的主要技术。

LVDS技术主要应用于在电路板内部、电路板与电路板之间,甚至机架与机架之间的数据通信,其传输介质为铜芯线或印制电路板连线。一、高压差分信号的电气标准LVDS最先是由美国国家半导体公司(NationalSemiconductor)明确提出的一种高速信号传输电平。

国际上有两个工业标准定义了LVDS:ANSI/TIA/EIA-644(TelecommunicationIndustryAssociation/ElectronicIndustriesAssociation)和IEEE1996.3标准。ANSI/TIA/EIA-644(1995年11月通过)标准定义了LVDS的电气规范,还包括驱动器输入和接收器输出的电气规范,但它并不还包括功能性的规范、传输协议或传输介质特性。IEEE1996.3标准(1996年3月通过)是可升级完全一致模块(ScalableCoherentInterface,SCI)的一个子集,该标准定义了SCI物理层模块的电气规范,它与ANSI/TIA/EIA-644相近,但ANSI/TIA/EIA-644更加一般,主要面向多重应用于,而IEEE创建SCI-LVDS标准主要是为了SCI节点间的通信。

ANSI/TIA/EIA-644标准定义了理论仅次于传输速率为1.923Gb/s,但其引荐的仅次于传输速率为655Mb/s;而IEEE1996.3标准反对仅次于为250Mb/s的传输速率。这两个标准都登录了与物理介质牵涉到的特性,只要介质在登录的噪声容限内将信号发送到接收器,LVDS模块均可长时间工作。一般来说提及的LVDS标准是指ANSI/TIA/EIA-644标准,2001年ANSI/TIA/EIA-644标准早已被新的修改,电气标准如表格1右图。表格1ANSI/TIA/EIA-644-A标准ANSI/TIA/EIA-644-A标准建议的最低数据传输速率为655Mb/s(容许基础上的假设),同时也获取了基于损耗介质上的理论最低传输速率为1.923Gb/s。

参考此标准,以登录的仅次于数据传输速率是根据所须要信号的质量和媒体长度/类型要求的。另一个LVDS标准出自IEEE项目,这个标准的构建为创建一个如相连处理器、多处置系统或集团工作站到集群标准化的标准做出了相当大的贡献。

可拓展一致性模块(SCI)原本计划为差分电路模块,获取了高数据速率的拒绝,但没解决问题电力注目的问题。低功耗SCI-LVDS标准后来被定义为SCI的一个子集,并被IEEE确认为1596.3标准。SCI-LVDS标准还规定了针对高速/低功耗物理层模块信号水平(电气规格)类似于ANSI/TIA/EIA-644-A的标准。

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该标准还规定了编码互相交换中用于SCI数据传输标准。IEEE1596.3标准于1996年3月被批准后通过,但5年届满后并未推迟。

为了标准定义范围更加长,并没有从明确的技术、介质和电压的供给上展开定义,也就是在CMOS、GaAs及其他技术上,无论是5V、3.3V,还是高于3V的电源,传输是PCB的布线或是线缆都可应用于到LVDS技术。二、高压差分信号的特点高压差分信号(LowVoltageDifferentialSignal,LVDS)是一种低电压摆幅的标准化I/O标准。LVDS的低电压转动差分信号技术为系统获取了高速数据传输、诱导共模噪声及降低功耗的能力,从而解决问题了物理层点对点传输的瓶颈问题,确保了数据的高速传输。LVDS的产生减少了系统功耗,提升了芯片的集成度。

单通道LVDS信号的阻抗(100Ω电阻)功耗约为1.2mW,而RS-422的功耗则为90mW,大约为LVDS的75倍。同时,LVDS获取更加较低的静态功耗,大约为PECL/ECL的1/10。

因此,LVDS具备如下特点。1.低数据亲率、低功耗在ANSI/TIA/EIA-644定义中的LVDS标准,其理论无限大速率为1.923Gb/s,恒流源模式、较低摆幅输入的工作模式要求着LVDS具备高速驱动的能力。LVDS典型的电源电压为350mV,使得在数据提升的同时,功耗以求减少。LVDS每地下通道的直流电流为3.5mA,阻抗功耗的计算出来可由下式回应。

由上式由此可知,LVDS的功耗是恒定的,而CMOS收发器的动态功耗是随频率变化而变化的。恒流源模式的驱动设计减少了系统功耗,并很大地减少了频率的影响。当速率较低时,虽然CMOS的功耗比LVDS小,但是随着频率的提升,CMOS的功耗将渐渐减少,最后必须消耗比LVDS更好的功耗。

2.较低电磁干扰电磁干扰有两个来源:芯片内部电荷的加速运动和芯片外线上的传输。芯片产生的电磁干扰各不相同器件的频率、输入电压转动和切换的速率。由于LVDS标准的电压转动较低,而差分信号的极性相反,因此,对外电磁辐射的电磁场可以相互抵销。

耦合就越密切,泄放在外界的电磁能量就越多,有效地减少了EMI。一般来说,其产生的电磁干扰大于RS-422、PECL等I/O标准。3.端接给定更容易终端给定只必须一只100Ω的电阻跨接在两个差分线对上才可,其他的高速信号(如HSTL3类信号)除了必须一个50Ω的终端电阻外,还必须1.5V的端接电压Vtt,而SSTL1类相连方式始端必须串联一个25Ω的电阻,终端必须通过一个50Ω电阻接1.5V的Vtt。

4.LVDS与RS-422、PECL的较为LVDS与RS-422、PECL的主要参数较为,如表格2右图。表格2LVDS与RS-422、PECL的主要参数较为5.供电电压较低随着高速率、高集成度电路的发展,减少供电电压已沦为急需解决的问题,这样不仅增加了高集成度电路的功耗,而且还避免了芯片内部的风扇压力,有助提升集成度。

LVDS不依赖特定的供电电压特性,是因为LVDS在这方面上占有着优势。6.较强的抗噪声能力差分数据传输方式有更加强劲的抗噪声能力。在流经一对差分信号线上的电流及电压振幅忽略,噪声信号以共模的方式在差分线上耦合经常出现,在接收端不会相加从而避免了噪声。由于差分信号线周围的电磁场也是互相抵销的,故差分信号传输比单线信号传输的电磁辐射小。

恒流源模式容易经常出现尖峰,更进一步增加了噪声,所以LVDS具备较强的抗共模噪声能力。7.时序定位准确由于差分信号的变化不像普通单端信号那样依赖强弱两个阈值电压来辨别,因此基本上不不受工艺、温度的影响,从而减少时序上的误差,构成高速数字信号准确、有效地的传输。8.适应环境地平面电压变化范围大LVDS接收器可以忍受最少±1V的驱动器与接收器之间的“地”电压变化。

由于LVDS驱动器典型的偏置电压为+1.2V,“地”的参照电压变化、驱动器的偏置电压以及轻度耦合是噪声之和,在接收器末端,对于驱动器的“地”都是共模电压。当摆幅不多达400mV时,这个共模范围是+0.2~+2.2V,进而,一般情况下,接收器的输出电压范围可在0~+2.4V内变化。

正是因为LVDS具备上述的主要特点,才使得HyperTransport(AMD)、Infiniband(Intel)、PCI-Express(Intel)等第三代I/O总线标准(3GI/O)不约而同地将高压差分信号(LVDS)作为下一代高速信号电平标准。三、高压差分信号的模块随着传输信号频率的升高,传输信号的导线将向空间电磁辐射电磁波,这种“类天线”的电磁辐射效应就是EMI电磁干扰源。反过来,外部干扰信号也不会因为这种“类天线”效应窜入导线。

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