怎樣才能充分利用低壓差分信號LVDS

低壓差分信號(LVDS)是一種低壓、差分信號傳輸方案，主要用于高速數據傳輸。根據 ANSI/TIA/EIA-644 規范中的定義，它是一種最為常見(jiàn)的差分接口。這種標準只對適合于 LVDS 應用的驅動(dòng)器和接收機電氣特性進(jìn)行了規定。因此，它只是一種電氣標準，常被一些更高級的協(xié)議標準當作其接口或物理層。

在高速模擬數字轉換器(ADC)中使用該傳輸方案可在保持轉換器高性能的同時(shí)實(shí)現高速數據輸出。獨立 ADC 必須能夠驅動(dòng)以PCB走線(xiàn)形式存在的容性負載、以及接收電路的輸入邏輯。此處，ADC 輸出級的一個(gè)單端驅動(dòng)器會(huì )導致大量瞬態(tài)開(kāi)關(guān)噪聲，這些噪聲是由大電流晶體管的開(kāi)和關(guān)造成的。這些瞬態(tài)會(huì )耦合回ADC的模擬前端，從而對其性能產(chǎn)生不利影響。

然而，LVDS 驅動(dòng)器級需要在一個(gè)始終開(kāi)啟的 3.5mA(典型值)電流源環(huán)境中運行(請參見(jiàn)圖 1)。通過(guò)差分對導體以不同方向重新分配電流，便可形成總線(xiàn)上的邏輯 1 和 0。這種消除開(kāi)關(guān)噪聲和 EMI 的“始終開(kāi)啟”特性正是降低 ADC 性能的主要原因。

圖 1： LVDS 驅動(dòng)器和接收器。(電流型驅動(dòng) 差分接收器)

由于專(zhuān)為點(diǎn)對點(diǎn)信號傳輸而設計，LVDS使用的是一種簡(jiǎn)單的端接方案。安裝在接收器輸入端的單個(gè)100歐姆電阻端接差分對，從而消除了反射。

由于高阻抗接器輸入，驅動(dòng)器電流源的全部電流流經(jīng)端接電阻，從而產(chǎn)生了一個(gè) 350 mV 額定值的低、差分總線(xiàn)電壓。該電壓在 1.2 V 共模電位左右擺動(dòng)，其為典型驅動(dòng)器輸出失調電壓(請參見(jiàn)圖 2)。

圖 2：LVDS 總線(xiàn)電壓電平。

相比單端方案，差分信號傳輸還有另一個(gè) LVDS 好處，因為它不易受到共模噪聲的影響，并且產(chǎn)生更少的電磁干擾 (EMI)。

由于接收器只響應差分電壓，因此同鄰近的信號線(xiàn)耦合的噪聲被接收器視作共模調制，從而被拒絕接收。另外，由于兩個(gè)差分對導體傳導電流相等但極性相反，因此它們的磁場(chǎng)基本互相抵消，從而實(shí)現 EMI 最小化。

根據數據速率的不同，標準 LVDS IC 可以驅動(dòng)長(cháng)達 10 米的距離。然而，不應強制高性能ADC驅動(dòng)這一距離。取而代之的是，建議使用兩英寸以?xún)鹊妮^短的輸出線(xiàn)，以防止鄰近電路的噪聲耦合到 ADC 輸出端，因為其可能會(huì )反饋耦合至 ADC 模擬輸入端。

盡管低功耗、低 EMI 和高噪聲抗擾度使得 LVDS 成為高速數據轉換器的接口選擇，但是必須運用精心的布線(xiàn)技術(shù)，以避免阻抗不連續和信號時(shí)延差，否則就抵消了上述 LVDS 的好處。