LVDS(低壓差分信號(hào))是物理層數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，由TIA/EIA-644和IEEE 1596.3標(biāo)準(zhǔn)定義，主要為在平衡阻抗可控的100Ω介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)高速、低功耗和低噪聲點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信而設(shè)計(jì)。與其它差分信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)一樣，LVDS由于消除了電磁輻射，它比單端信號(hào)輻射的噪聲要低得多。同時(shí)外部噪聲作為共模信號(hào)耦合到兩條線(xiàn)上，被作為共模信號(hào)抑制掉，因此它的抗噪聲能力比單端信號(hào)要強(qiáng)得多。另外，LVDS驅(qū)動(dòng)器的輸出采用電流驅(qū)動(dòng)方式，與其它差分信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)中電壓驅(qū)動(dòng)相比較，它減少了地線(xiàn)回流，消除了浪涌電流。降低電壓擺幅(只有±350mV，PECL是±800mV，RS-422是2V)使LVDS能達(dá)到與PECL(>800Mbps)等同的數(shù)據(jù)速率，而功耗只有PECL的十分之一。
LVDS的高速、低功耗和低噪聲特性使其成為電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的背板互連、3G蜂窩電話(huà)基站中機(jī)架內(nèi)部的互連、數(shù)字視頻接口等應(yīng)用的理想選擇。除上述優(yōu)點(diǎn)外，LVDS串行器和解串器(圖1)還為系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)省了大量的空間和金錢(qián)。采用這種方案可以把互連密度降低5倍，在3G及其它具有大量板卡的通信應(yīng)用中，節(jié)省大量的空間和費(fèi)用。
圖1：串行器-解串器典型應(yīng)用電路。
使用電容實(shí)現(xiàn)LVDS數(shù)據(jù)連接的交流耦合有很多益處，比如電平轉(zhuǎn)換、去除共模誤差以及避免輸入電壓故障的發(fā)生。本文不僅介紹了電容的適當(dāng)選型，也為和終端拓?fù)涮峁┲笇?dǎo)，同時(shí)也討論了共模故障分析的問(wèn)題。
LVDS邏輯輸入是眾多現(xiàn)有邏輯標(biāo)準(zhǔn)的一種。只要信號(hào)源可以為L(zhǎng)VDS輸入提供足夠的幅度，典型值為差分100mV Vp-p，采用交流耦合就可以提供所需的電平轉(zhuǎn)換。圖2描述了一個(gè)負(fù)壓ECL邏輯經(jīng)交流耦合后將信號(hào)轉(zhuǎn)換到LVDS邏輯的電路圖。
圖2：ECL－LVDS電平轉(zhuǎn)換配置。
優(yōu)化共模電壓
交流耦合LVDS的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是允許接收IC設(shè)置其最優(yōu)的共模電壓。圖3展示了一個(gè)典型的LVDS輸入電路。一個(gè)通常為1.2V的內(nèi)部參考電壓為兩個(gè)高阻端接電阻提供偏置。如果輸入是交流耦合，接收IC可以將允許共模電壓設(shè)置為內(nèi)部的偏置電平。
圖3：LVDS輸入偏置電路。
過(guò)壓保護(hù)
LVDS信號(hào)在汽車(chē)電子的串行解串器(SerDes)鏈路中總是采用交流耦合，因?yàn)檫@種配置可以防止汽車(chē)電池短路。對(duì)于任何通過(guò)電源配線(xiàn)槽的信號(hào)線(xiàn)，一個(gè)基本要求是必須能夠忍受與電池電壓短路而不損壞。采用交流耦合的LVDS鏈路，當(dāng)耦合電容充電到電池電壓時(shí)，僅僅會(huì)有一個(gè)短暫的大電流脈沖。電流的幅度峰值是短路時(shí)實(shí)際阻抗的函數(shù)。電流毛刺的持續(xù)時(shí)間是耦合電容以及LVDS輸入輸出保護(hù)結(jié)構(gòu)的函數(shù)。雖然SerDes鏈路在短路時(shí)并不工作，但當(dāng)短路故障解除后可恢復(fù)工作。
圖4：LVDS端接電路。
電容選擇
有以下幾個(gè)因素影響到電容的選擇。
1．參數(shù)值
LVDS鏈路交流耦合電容的選擇與一系列的參數(shù)相關(guān)，包括：輸出驅(qū)動(dòng)電平、輸入門(mén)限電平、負(fù)載阻抗、電纜長(zhǎng)度、最長(zhǎng)的脈沖周期。
標(biāo)準(zhǔn)的LVDS輸出驅(qū)動(dòng)電平通常定義為最小250mV，且輸入電平門(mén)限定義為最大100mV。因此，確保有效電平值的最大的衰減量為：
換句話(huà)說(shuō)，由直流電阻產(chǎn)生的衰減、交流衰減以及電容耦合衰減的總合必須小于8dB。兩端差分負(fù)載阻抗通常為100Ω，分析電纜長(zhǎng)度時(shí)需要同時(shí)考慮電纜的交流和直流衰減以及連接器阻抗導(dǎo)致的衰減。最后，還必須考慮數(shù)據(jù)本身，LVDS連接可以傳輸?shù)淖畲竺}沖寬度取決于工作頻率和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議對(duì)連續(xù)1(或0)的數(shù)量限制。
對(duì)于具體應(yīng)用，精確的計(jì)算可能過(guò)于棘手，也可以簡(jiǎn)單選用0.1uF電容，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)應(yīng)用的要求。當(dāng)數(shù)據(jù)速率降到10MHz以下或采用更長(zhǎng)的電纜時(shí)(例如>5米)，需要重新核實(shí)電容值，也可以通過(guò)計(jì)算、仿真或?qū)嶋H測(cè)量獲取電容值。
2．電壓和介質(zhì)
電容的工作電壓應(yīng)遠(yuǎn)大于出現(xiàn)故障狀況時(shí)的最大峰值電壓。在汽車(chē)電子應(yīng)用中，峰值故障電壓是18V。一般不需要將故障條件下的電壓加倍，例如：將電池電壓加倍或考慮甩負(fù)載電壓。
使用X5R、X7R或類(lèi)似介質(zhì)的電容，避免使用那些電壓或溫度系數(shù)有明顯變化的介質(zhì)電容，如Y5V或Z5U。
端接拓?fù)?/strong>
端接拓?fù)淇梢詮娜齻€(gè)主要電路中選擇：(1)純差分，(2)中心抽頭差分，(3)戴維寧端接。圖3給出了這三個(gè)電路，純差分是最常用的配置，且在良好屏蔽環(huán)境中用于信號(hào)端接可以提供很好的工作性能。中心抽頭的差分端子將100Ω分為兩個(gè)50Ω電阻，且在中心抽頭位置使用旁路電容。由于任何耦合到LVDS線(xiàn)對(duì)上的共模能量對(duì)地都有一個(gè)低阻通路，這種方式在噪聲環(huán)境下工作很好。純差分和中心抽頭差分端接必須用于包含內(nèi)部偏置的LVDS輸入電路。
如果LVDS接收器不提供內(nèi)部偏置，且輸入信號(hào)為交流耦合，則必須使用戴維寧端接。所選電阻必須使每條線(xiàn)上的戴維寧等效電阻為50Ω，且每條線(xiàn)的戴維寧等效電壓為1.2V，圖5數(shù)值工作于3.3V電源。
交流耦合鏈路故障排查
通過(guò)交流耦合的LVDS鏈路傳輸數(shù)據(jù)必須是直流平衡，這意味著所傳輸?shù)?和1的數(shù)目接近相等。具有50%占空比的時(shí)鐘信號(hào)本身就是直流平衡。很多數(shù)據(jù)編碼算法，如曼徹斯特編碼，也提供直流平衡數(shù)據(jù)流。圖5展示了一個(gè)非直流平衡連接的波形。
圖5：非直流平衡的交流耦合LVDS連接。
圖5中上部的曲線(xiàn)(紅色和藍(lán)色)反映了20%占空比碼流的單端測(cè)量結(jié)果。下部曲線(xiàn)(綠色)是一個(gè)互補(bǔ)和真實(shí)信號(hào)的差分測(cè)量結(jié)果。差分測(cè)量結(jié)果不以0V位置為中心。仔細(xì)分析顯示，每一半波形的面積相等。交流耦合連接無(wú)法傳輸任何直流電流，這種情況下，負(fù)端偏移恰恰小于100 mV，滿(mǎn)足不了LVDS最小輸入電平的要求。
輸入故障檢測(cè)
一些LVDS器件在其輸入端帶有故障檢測(cè)電路。故障檢測(cè)電路用于識(shí)別輸入故障，假如檢測(cè)到故障則關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)器，圖6給出了一個(gè)典型電路。假如交流耦合LVDS連接用在該電路中，戴維寧輸入端接方式是必須的。不采用這種方式會(huì)使輸入端的電壓幾乎等于VCC，這將超出LVDS器件的共模電壓范圍。
圖6：LVDS故障檢測(cè)電路。