摘 要： 介紹了LVDS（低電壓差分信號）技術(shù)的原理和應(yīng)用，并討論了在單板和系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用LVDS時的布線技巧。

    關(guān)鍵詞： LVDS PCB設(shè)計

１ LVDS介紹

    LVDS（Low Voltage Differential Signaling)是一種低擺幅的差分信號技術(shù)，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(qū)動輸出實現(xiàn)了低噪聲和低功耗。

    幾十年來，5V供電的使用簡化了不同技術(shù)和廠商邏輯電路之間的接口。然而，隨著集成電路的發(fā)展和對更高數(shù)據(jù)速率的要求，低壓供電成為急需。降低供電電壓不僅減少了高密度集成電路的功率消耗，而且減少了芯片內(nèi)部的散熱，有助于提高集成度。

    減少供電電壓和邏輯電壓擺幅的一個極好例子是低壓差分信號（LVDS）。LVDS物理接口使用1.2V偏置提供400mV擺幅的信號（使用差分信號的原因是噪聲以共模的方式在一對差分線上耦合出現(xiàn)，并在接收器中相減從而可消除噪聲）。LVDS驅(qū)動和接收器不依賴于特定的供電電壓，因此它很容易遷移到低壓供電的系統(tǒng)中去，而性能不變。作為比較，ECL和PECL技術(shù)依賴于供電電壓，ECL要求負(fù)的供電電壓，PECL參考正的供電電壓總線上電壓值（Vcc)而定。而ＧLVDS是一種發(fā)展中的標(biāo)準(zhǔn)尚未確定的新技術(shù)，使用500mV的供電電壓可提供250mV 的信號擺幅。不同低壓邏輯信號的差分電壓擺幅示于圖１。

    LVDS在兩個標(biāo)準(zhǔn)中定義。IEEE P1596.3(1996年３月通過)，主要面向SCI(Scalable Coherent Interface)，定義了LVDS的電特性，還定義了SCI協(xié)議中包交換時的編碼；ANSI/EIA/EIA-644(1995年11月通過)，主要定義了LVDS的電特性，并建議了655Mbps的最大速率和1.823Gbps的無失真媒質(zhì)上的理論極限速率。在兩個標(biāo)準(zhǔn)中都指定了與物理媒質(zhì)無關(guān)的特性，這意味著只要媒質(zhì)在指定的噪聲邊緣和歪斜容忍范圍內(nèi)發(fā)送信號到接收器，接口都能正常工作。 LVDS具有許多優(yōu)點：①終端適配容易；②功耗低；③具有fail-safe特性確�？煽啃�；④低成本；⑤高速傳送。這些特性使得LVDS在計算機、通信設(shè)備、消費電子等方面得到了廣泛應(yīng)用。

    圖２給出了典型的LVDS接口，這是一種單工方式，必要時也可使用半雙工、多點配置方式，但一般在噪聲較小、距離較短的情況下才適用。每個點到點連接的差分對由一個驅(qū)動器、互連器和接收器組成。驅(qū)動器和接收器主要完成TTL信號和LVDS信號之間的轉(zhuǎn)換�；ミB器包含電纜、PCB上差分導(dǎo)線對以及匹配電阻。LVDS驅(qū)動器由一個驅(qū)動差分線對的電流源組成通常電流為3.5mA)，LVDS接收器具有很高的輸入阻抗，因此驅(qū)動器輸出的電流大部分都流過100Ω的匹配電阻，并在接收器的輸入端產(chǎn)生大約350mA 的電壓。當(dāng)驅(qū)動器翻轉(zhuǎn)時，它改變流經(jīng)電阻的電流方向，因此產(chǎn)生有效的邏輯″1″和邏輯″0″狀態(tài)。低擺幅驅(qū)動信號實現(xiàn)了高速操作并減小了功率消耗，差分信號提供了適當(dāng)噪聲邊緣和功率消耗大幅減少的低壓擺幅。功率的大幅降低允許在單個集成電路上集成多個接口驅(qū)動器和接收器。這提高了PCB板的效能，減少了成本。

    不管使用的LVDS傳輸媒質(zhì)是PCB線對還是電纜，都必須采取措施防止信號在媒質(zhì)終端發(fā)生反射，同時減少電磁干擾。LVDS要求使用一個與媒質(zhì)相匹配的終端電阻（100±20Ω），該電阻終止了環(huán)流信號，應(yīng)該將它盡可能靠近接收器輸入端放置。LVDS驅(qū)動器能以超過155.5Mbps的速度驅(qū)動雙絞線對，距離超過１０ｍ。對速度的實際限制是：①送到驅(qū)動器的TTL數(shù)據(jù)的速度；②媒質(zhì)的帶寬性能。通常在驅(qū)動器側(cè)使用復(fù)用器、在接收器側(cè)使用解復(fù)用器來實現(xiàn)多個TTL信道和一個LVDS信道的復(fù)用轉(zhuǎn)換，以提高信號速率，降低功耗。并減少傳輸媒質(zhì)和接口數(shù)，降低設(shè)備復(fù)雜性。

    LVDS接收器可以承受至少±1V的驅(qū)動器與接收器之間的地的電壓變化。由于LVDS驅(qū)動器典型的偏置電壓為+1.2V，地的電壓變化、驅(qū)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～+2.2V。建議接收器的輸入電壓范圍為：0V～+2.4V。

    ２ LVDS系統(tǒng)的設(shè)計

    LVDS系統(tǒng)的設(shè)計要求設(shè)計者應(yīng)具備超高速單板設(shè)計的經(jīng)驗并了解差分信號的理論。設(shè)計高速差分板并不很困難，下面將簡要