LVDS技术及其在多信道高速数据传输中的应用

体司的LVDS产品系列。美国国家半导体公司这方面更具优势，其产品主要有四种典型结构，是目前数据传输和交换常用的四种方式。
　　
　　2.1典型结构
　　
　　（1)点到点结构。基本的发展和接收结构，用于两点间固定方向信号传输；
　　
　　(2)点到多点结构。广播式总线结构连接多个接收端到一个发送端，常用于数据分配；
　　
　　(3)多点到多点结构。多点互连总线使点到点之间互连降到最少，同时提供双向，半双工通讯能力，在同一时间，只能有一个发送器工作；
　　
　　（4)矩阵开关结构。通常应用于需要非常高的信号交换通路的系统中，实现全双工通信。
　　
　　2.2常用产品
　　
　　对应点到点或点到多点结构，有LVDS线路驱动/接收器和LVDS串行/解串器（Channellink）系列产品。对于多通道、宽带、大动态的数据传输，LVDS串行/解串器将是很好的解决方案。雷达系统中，分系统之间的数据传输，分系统内通过背板的数据传输应用LVDS串行/解串器将大大减少电缆、接插件以及PCB背板的复杂度。这种产品在雷达系统中有很好的应用前景。
　　
　　(2)对应点对多点或多点到多点结构的应用，BusLVDS技术能最好地适应这些应用。BusLVDSjLVDS线路驱动/接收器系列的扩展，为多点应用场合而设计，这时总线两端都终接电阻。BusLVDS驱动器提供约10mA的输出电流，因而能被用于重负载的背板上，那里的等效阻抗低于100Ω,这里驱动器会有30～50Ω范围的负载。在一些大的数据通信系统中，要构造大的高速背板，LVDS技术是最理想的解决方案。
　　
　　3LVDS的应用
　　
　　了解LVDS技术的特性后，下面的问题就是如何在设计中应用好LVDS产品充分发挥其技术优点，优化系统设计。这里结合华东电子所某型号雷达系统中LVDS技术的应用来阐述用LVDS做设计的一些原则和技巧。
　　
　　由于在系统中有几十路接收通道和数字中频接收机，数据线近500路。如应用传统的TTL/CMOS信号用双绞线并行传输，则需近千根导线，势必造成系统和背板都很复杂，其噪声/EMI性能的保证令设计者头痛，功耗也将很大。于是笔者在系统设计中应用了LVDS串行/解串器技术（Channellink产品），将数据线压缩到几十对差分线，完成了数据传输，并在多种型号雷达中成功应用。在选定了产品后，用好LVDS技术关键就在于PCB板的设计。PCB布线总的原则是：阻抗匹配是非常重要的，差分阻抗的不匹配会产生反射，会减弱信号并增加共模噪声，线路上的共模噪声将得不到差分线路磁场抵消的好处而产生电磁辐射。所以要尽量在信号离开IC后控制差分阻抗的走向，尽力保持尾端<12mm。
　　
　　3.1PCB板差分布线的设计
　　
　　侧耦合的微带线、侧耦合的带状线、宽边的带状线都可作为很好的差分线。根据实际情况，应用中选择了侧耦合的微带线，示意如图2。
　　
　　布线中注意了以下几点：
　　
　　
　　
　　（1)应用微波传输线理论设计差分阻抗Zdiff或利用以下方程设计：
　　
　　其中Z0为微带线的特性阻抗；
　　
　　（2）所布的差分线对一离开IC就尽早尽可能靠近在一起走线，布线越近磁场的抵消就越好，有助于消除反射并保证噪声以共模方式耦合。也即图2中的S越小越好。
　　
　　(3)对于差分布线不要依赖于自动布线功能，要匹配一对差分线的长度，确保各组差分线间的间隔；并使线上过孔最少；
　　
　　(4)避免90°转弯（以防造成阻抗不连续），用弧线或45°斜线代替。
　　
　　3.2PCB板的设计
　　
　　（1）至少用4层PCB板，将LVDS信号、地、电源、TTL信号分层布局。在实现设计中采用了8层板以尽量满足要求；
　　
　　(2)将陡的CMOS/TTL信号与LVDS信号隔离，最好能布在不同层上，并用电源和地层隔开；
　　
　　
　　
　　
　　（3）保持发送器和接收器尽可能靠近接插件，连线长度愈短愈好（<1.5英寸），以保证板上噪声不会被带到差分线上，而且避免电路板及电缆线间的交叉EMI干扰；
　　
　　(4)旁路每个LVDS器件，分布式散装电容或表贴电容放在尽量靠近电源和地线引脚处；
　　
　　（5）电源和地线应用宽的布线(低阻抗)，并保持地线PCB回路短而宽；
　　
　　（6）终端负载用100Ω（误差<2%）表贴电阻靠近接收器输入端来匹配传

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