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LVDS技術及其在多信道高速數據傳輸中的應用
關鍵詞：LVDS數據傳輸PCB阻抗匹配
在被稱為信息時代的今天，為適應信息化的高速發展，高速處理器、多媒體、虛擬現實以及網絡技術對信號的帶寬要求越來越大，多信道應用日益普及，所需傳送的數據量越來越大，速度越來越快。目前存在的點對點物理層接口如RS-422、RS-485、SCSI以及其它數據傳輸標準，由于其在速度、噪聲/EMI、功耗、成本等方面所固有的限制越來越難以勝任此任務。在轉達領域，隨著技術的發展，新體制雷達的出現和普及，如DBF體制雷達、相控陣雷達等，所需處理的信號帶寬和信號通道數大幅度增加，同樣面臨著大數據量的傳輸問題。因此采用新的技術解決I/O接口總是成為必然趨勢，LVDS這種高速低功耗接口標準為解決這一瓶頸問題提供了可能。目前LVDS技術在通信領域的應用日益普及，本文結合雷達中的數據傳輸特點介紹LVDS技術，分析LVDS技術在雷達中的應用前景。
1 LVDS技術介紹
LVDS（LOWVOLTAGEDIFFERENTIALSIGNALING）是一種小振幅差分信號技術，使用非常低的幅度信號（約350mV）通過一對差分PCB走線或平衡電纜傳輸數據。它允許單個信道傳輸速率達到每秒數百兆比特，其特有的低振幅及恒流源模式驅動只產生極低的噪聲，消耗非常小的功率。同時，LVDS也是對高速/低功耗數據傳輸的一個多任務接口標準，在ANSI/TIA/EIA-644-1995標準中被標準化。
1.1LVDS工作原理
圖1為LVDS的原理簡圖，其驅動器由一個恒流源（通常為3.5mA）驅動一對差分信號線組成。在接收端有一個高的直流輸入阻抗（幾乎不會消耗電流），所以幾乎全部的驅動電流將流經100Ω的終端電阻在接收器輸入端產生約350mV的電壓。當驅動狀態反轉時，流經電阻的電流方向改變，于是在接收端產生一個有效的"0"或"1"邏輯狀態。
1.2LVDS技術的特點
LVDS技術之所以能夠解決目前物理層接口的瓶頸，正是由于其在速度、噪聲/EMI、功耗、成本等方面的優點。
1.2.1高速傳輸能力
LVDS技術的恒流源模式低擺幅輸出意味著LVDS能高速驅動，例如：對于點到點的連接，傳輸速率可達800Mbps；對于多點互連FR4背板，十塊卡作為負載插入總線，傳輸速率可達400Mbps。
1.2.2低噪聲/低電磁干擾
LVDS信號是低擺幅的差分信號。眾所周知，差分數據傳輸方式比單線數據傳輸對共模輸入噪聲有更強的抵抗能力，在兩條差分信號線上電流以方向及電壓振幅相反，噪聲以共模方式同時耦合到兩條線上。而接收端只關心兩信號的差值，于是噪聲被抵消。由于兩條信號線周圍的電磁場也相互抵消，故比單線信號傳輸電磁輻射小得多。而且，恒流源驅動模式不易產生振鈴和切換尖鋒信號，進一步降低了噪聲。
1.2.3低功耗
(1)LVDS器件是用CMOS工藝實現的，這就提供了低的靜態功耗；
（2）負載（100Ω終端電阻）的功耗僅為1.2mW；
（3）恒流源模式驅動設計降低系統功耗，并極大地降低了Icc的頻率成分對功耗的影響。與其相比，TTL/CMOS收發器的動態功耗相對頻率呈指數上升。
1.2.4節省成本
（1）經濟的COMS工藝實現技術；
（2）低成本實現高性能，對電纜、連接器和PCB材料無荷刻要求；
（3）低能耗；
（4）TTL/CMOS信號能被串行或混合到單個LVDS通道，減少板面、層數、接插件和電纜。
另外，由于是低擺幅差分信號技術，其驅動和接收不依賴于供電電壓，如5V；因此，LVDS能比較容易應用于低電壓系統中，如3.3V甚至2.5V，保持同樣的信號電平和性能。LVDS也易于匹配終端。無論其傳輸介質是電纜還是PCB走線，都必須與終端匹配，以減少不希望的電磁輻射，提供最佳的信號質量。通常一個盡可能靠近接收輸入端的100Ω終端電阻跨在差分線上即可提供良好的匹配。目前LVDS技術在傳輸距離上其局限性，一般應用在20m以上。
2 LVDS的典型結構和常用產品
目前LVDS產品主要有美國國家半導體公司全系列的LVDS產品和德州儀器半導體司的LVDS產品系列。美國國家半導體公司這方面更具優勢，其產品主要有四種典型結構，是目前數據傳輸和交換常用的四種方式。
2.1典型結構
（1)點到點結構。基本的發展和接收結構，用于兩點間固定方向信號傳輸；
(2)點到多點結構。廣播式總線結構連接多個接收端到一個發送端，常用于數據分配；
(3)多點到多點結構。多點互連總線使點到點之間互連降到最少，同時提供雙向，半雙工通訊能力，在同一時間，只能有一個發送器工作；
（4)矩陣開關結構。通常應用于需要非常高的信號交換通路的系統中，實現全雙工通信。
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