LVDS在汽車(chē)電子中的應用

LVDS為差分模式(圖1)，這種模式固有的共模抑制能力提供了高水平的抗干擾性，由于具有較高的信噪比，信號幅度可以降低到大約100mV (圖2)，允許非常高的傳輸速率。較低的信號擺幅還有助于降低功耗。與上述優(yōu)勢相比，LVDS的缺陷(每一通道需要兩根連線(xiàn)傳輸信號)已經(jīng)顯得微不足道。

圖1. 基本的LVDS發(fā)送接收結構

圖2. LVDS的信號強度和幅度

隨著(zhù)汽車(chē)內部整合的安全和輔助電子設備的增加，汽車(chē)領(lǐng)域對高速互連的需求急劇增長(cháng)，主要集中在用于駕駛支持(電子后視鏡、導航系統、泊車(chē)距離控制、超視距顯示、仰視顯示)的視頻顯示系統，車(chē)載娛樂(lè )系統(電視和DVD播放器) 等，這些應用要求高速數據傳輸，以滿(mǎn)足圖像傳遞的要求。正是這些需求的增長(cháng)，帶動(dòng)LVDS產(chǎn)品在這些領(lǐng)域嶄露頭角(圖3)。

圖3. 汽車(chē)應用的典型LVDS連接

LVDS非常適合汽車(chē)應用。汽車(chē)內部存在眾多的電磁輻射源，因此，抗干擾能力是汽車(chē)電子設計最基本的要求。另外，考慮到LVDS傳輸線(xiàn)自身的低輻射優(yōu)勢，對系統的其它設施幾乎不產(chǎn)生額外干擾。LVDS傳輸只需要簡(jiǎn)單的電阻連接，簡(jiǎn)化了電路布局，線(xiàn)路連接也非常簡(jiǎn)單(采用雙絞銅質(zhì)電纜)。LVDS兼容于各種總線(xiàn)拓撲: 點(diǎn)到點(diǎn)拓撲(一個(gè)發(fā)送器，一個(gè)接收器)； 多分支拓撲(一個(gè)發(fā)送器，多個(gè)接收器)； 多點(diǎn)拓撲(多個(gè)發(fā)送器，多個(gè)接收器)

汽車(chē)設計中存在一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，即車(chē)體不同位置的地電位有很大差異，電位差可能達到幾伏特。直流耦合接口配置下，這樣的電位差會(huì )很快中斷數據傳輸。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)電容耦合傳輸信號解決，前提是信號傳輸中不會(huì )對電容在同一個(gè)方向長(cháng)時(shí)間充電。

而實(shí)際應用無(wú)法排除這種同一方向長(cháng)時(shí)間充電的可能性，比如，在傳輸長(cháng)串的連續1信號時(shí)。MAX9213/9214 (圖4)利用“直流平衡”技術(shù)避免了上述問(wèn)題，這類(lèi)器件監控它的傳輸數據，當顯示有過(guò)長(cháng)的連續1或0信號時(shí)，芯片會(huì )在發(fā)送數據前將數據翻轉，接收器可以很容易地通過(guò)翻轉信號重建原始信號。這些操作消除了長(cháng)串連續1或連續0信號，降低電容充電的影響，從而有效解決地電位偏差問(wèn)題。

圖4. 兩芯片傳輸方案，結合了收發(fā)功能和串行-解串功能

從圖3可以看出另外一個(gè)潛在問(wèn)題：眾多的系統互連意味著(zhù)大量的電纜連線(xiàn)，而在原有的汽車(chē)設計中電纜(線(xiàn)束)連接已經(jīng)非常擁擠，為了解決這一問(wèn)題，需要區分不同數據傳輸的要求，并非所有連接都要求特別高的速率，Maxim推出的MAX9217/9218可以通過(guò)一對兒雙絞線(xiàn)提供高達700Mbps數據速率()。以這個(gè)容量可以毫不費力地連接480 x 800分辨率的顯示器。

圖5. 交流耦合串行器和解串器的功能框圖

為了進(jìn)一步優(yōu)化電磁輻射特性，Maxim的芯片還將并行數據顯示過(guò)程中的所有切換操作都同步到時(shí)鐘頻率上，這個(gè)頻率可以在3MHz到35MHz范圍調節(對于一個(gè)既定應用，采用所允許的最低時(shí)鐘頻率以最小化電磁輻射)。另外，通過(guò)降低數據流本身引起的開(kāi)關(guān)量，包括特殊的編碼和串行輸出的共模濾波，也有助于改善電磁兼容性。光纖接口也可以改善EMI，但這種方案存在其它問(wèn)題，而且價(jià)格昂貴。

LVDS器件必須具有較高的ESD保護，特別是輸入、輸出引腳，這也是汽車(chē)工業(yè)非常普遍的要求。這些引腳必需能夠承受IEC 61000-4-2規定的±15kV氣隙放電、±8kV接觸放電，或者是ISO 10605規定的±25kV氣隙放電、±8kV接觸防電。

綜上所述，無(wú)論是現在還是將來(lái)，LVDS接口都是汽車(chē)應用中連接板級系統的極好選擇。 為了達到這一目標，Maxim基于第一代LVDS產(chǎn)品的測試以及應用中取得的經(jīng)驗，開(kāi)發(fā)出了日益完善的芯片，在近幾年內，這些芯片必將成為汽車(chē)總線(xiàn)系統設計中LVDS連接方案的主導產(chǎn)品。