低压差分信号技术综述

时间：2020-12-08 20:03:38　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：低压差分信号（LVDS）技术是一种小振幅差分信号技术，它降低了供电电压和逻辑电压摆幅，可有效提高数据传输速率，为高速数字系统带来了新的生机。论述了LVDS技术的基本原理，应用领域，总结了当前LVDS技术的应用方法，并对LVDS技术的应用前景做出相应的概述。
　　关键词： LVDS；串行接口；高速数字系统；解串/串化器
　　中图分类号： TN919.5?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）15?0142?03
　　Overview of low?voltage differential signaling technology
　　WANG Sheng?nan1， LUO Chang?zhou1， CAI Dong?hong2， LI Ze?chao1
　　（1. Beijing Institute of Control & Electronics Technology， Beijing 100038， China； 2. Department of Physics， Kashi Normal University， Kashi 844000， China）
　　Abstract： Low?voltage differential signaling （LVDS） technology is a small?amplitude differential signaling technology， which reduces the power supply voltage and logic voltage swings， effectively improve data transmission rate， and brings a new life for the high?speed digital system. The basic principle and application fields of LVDS technology are elaborated in this paper. The available application methods of LVDS technology are summarized. The application prospect of LVDS technology is described briefly.
　　Keywords： LVDS； serial interface； high?speed digital system； deserializer/serializer
　　0 引言
　　在数据采集处理系统以及相关应用领域中，由于智能处理器的处理速度不断提高，系统间的数据交互量不断增加，尤其在航天航空、工业自动化、通信等领域，对数据的远距离传输和高速实时储存等方面有更高的要求。如果数据总线接口的传输速率过慢，就会导致整个系统的工作性能降低。因此，总线接口的发展在数字信号处理中起着至关重要的作用。
　　纵观总线接口技术的发展历程，串行接口技术比并行接口技术发展更加迅速，甚至一些并行接口技术已逐渐被串行接口取代。主宰硬盘驱动器接口技术的并行标准——ATA接口，在更新到ATA?7版本后，由于其接口速度仅有一百多兆而被新型的串行接口技术SATA取代。在2003年的CEBIT大会上，惠普和希捷提出了SAS界面的硬盘样品，其最初的目标就是为了取代并行SCSI接口，使其能够为用户提供高性能、高可靠性、易于管理的接口，满足企业级的数据中心需求。
　　串行接口发展快速的原因，除了电子技术不断更新改革，更重要的是它相对于并行接口的优势：适合长线传输，在复杂电控系统中设计相对简单。低压差分信号（LVDS）传输技术凭借自身高速率、低功耗等特点，在串行接口中脱颖而出，受到了设计者的青睐。尤其是对于显示技术，LVDS接口的出现为其带来了新的生命力。
　　1 LVDS技术介绍
　　近年来，5 V供电的使用简化了不同技术和厂商逻辑电路之间的接口。但是，高电压影响了数据传输的速率。低压差分信号（Low Voltage Differential Signaling，LVDS）传输技术是一种小振幅差分信号技术，它是由美国国家半导体公司于1994年提出的，又被称为RS 644总线接口。该接口可实现点对点或一点对多点的连接，其传输介质可以是铜质的PCB连线，也可以是平衡电缆。它降低了供电电压和逻辑电压摆幅，有效地提高了数据传输的速度。LVDS接口的工作原理如图1所示，驱动器是由一个恒流源（通常为3.5 mA）驱动一对差分信号线。接收端设有一个约100 Ω的终端电阻，使得几乎全部的驱动电流都流经该电阻，并在接收端产生约 350 mV的电压。当驱动状态反转时，流经电阻的电流方向改变，于是在接收端产生一个有效的“0”或“1”逻辑状态[1]。该LVDS串行接口技术具有高速率、低噪声、低功耗、终端适配容易等特点，适用于对传输速率和长度要求较高的系统中。
　　
　　图1 LVDS接口工作原理
　　目前，LVDS串行接口技术共在三个标准中定义，第一个是ANSI/EIA/EIA?644（1995年11月通过），它主要定义了LVDS的电特性，并建议655 Mb/s的最大速率和1.923 Gb/s的无失真媒质上的理论极限速率；第二个是IEEE P1596.3（1996年3月通过），主要面向SCI（Scalable Coherent Interface），定义了LVDS的电特性，还定义了SCI协议中包交换时的编码；第三个是ANSI/TIA/EIA?644?A?2001标准（2001年1月通过），该标准是基于ANSI/EIA/EIA?644标准提出的，但在此标准中，只定义了LVDS接口技术的使用范围以及其电气特性，并没有对其传输速率给出建议。

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