M-LVDS优化高密度系统实现紧凑模块化设计

电子发烧友网报道（文/李宁远）现代的分布式计算系统数据量急剧上升，但是需要采用更小的模块，因此这些模块必须通过速度更快的背板传输更多数据。在这些系统需求里，需要多点低压差分信号M-LVDS为这种高密度的系统提供优化。
 

 
M-LVDS优劣势
 
M-LVDS是电信行业协会和电子行业协会根据TIA/EIA-899-A颁布的物理层标准。区别于LVDS低电压差分信号只适用于高速点对点，M-LVDS能面向多点应用。而且相对于LVDS，M-LVDS跃迁时间可控且面向总线空闲条件提供故障安全接收器选项。
 
具体来说，M-LVDS通过增加收发器的驱动强度和拓展共模范围实现了在LVDS基础上的多点通信。在保证原LVDS具备的抗噪声能力的基础上，M-LVDS相对来说功耗更低。
 
M-LVDS优势很多，其中最受人看重的肯定是通信数据速率。对于现场总线和长电缆通信，RS-485和CAN是我们熟知的可靠方案。RS-485和CAN的数据速率可以达到50Mbps，但是很难提供更高的带宽。工业以太网带宽做了提升，能以100Mbps和1Gbps带宽运行，足够的带宽能够支持更高的数据速率，但是，它不支持通过单个介质进行多点通信。
 
M-LVDS可以在多点网络上提供250Mbps的高数据速率，非常适合短电缆和背板应用。最常拿来与M-LVDS对比的RS-485，同样是通过多点差分总线交换二进制数据的电气标准。相比之下RS-485在数据速率上是略逊一筹的。
 
差分信号技术保证二者在功耗、抗噪声性能上的优异，M-LVDS更适合短电缆和背板应用，更高的速度能大大降低EMI辐射；RS-485在长电缆传输上有更高的摆幅和更宽的共模输入范围，在长距离传输上更具优势。
 
多点通信带来了链路配置上极大的灵活度，在连接两个处理器的标准单端通信链路里将M-LVDS收发器添加到处理器I/O，单端链路就会变成差分链路，数据传输距离得以提升。处理器I/O可以驱动收发器的驱动使能引脚而无需使用专门的Mac或控制器，并且可以在MCU或FPGA内实现更高级别的协议。
 
在现阶段的工业组网内，M-LVDS相较于RS-485并不是一个低成本的方案，但是往更快的速率发展是一个确定的趋势。
 
M-LVDS应用在何处？
 
上面已经提到过，对于背板应用，M-LVDS的特性使它成为在数据采集机架内实现连接的很理想的选择。在这些机架中，检测、驱动和通信功能通过各种I/O模块卡实现。模块化的背板结构构建了可拓展的高效的过程控制系统，适用于分布式计算系统，状态监测系统等等。
 
单个M-LVDS线路可以连接至多32个模块卡，250Mbps带宽，尺寸紧凑的M-LVDS收发器可以拓展支持多条线路以实现更高的带宽。ESD能力也是M-LVDS器件非常重要的能力，在某些严苛的静电环境里对鲁棒板间应用的器件ESD要求很高，而且还要求极低抖动。
 
M-LVDS还有一个比较火的应用是在电机控制，作为控制器和多个编码器、温感之间的接口。过去这是RS-485的天下，但随着带宽的一步步提升，RS-485已经达到了其速度上限，M-LVDS更高的带宽解放了这一限制。另一方面，M-LVDS保证了此前RS-485编码器链路通信的稳定。正如上面提到的二者的优劣势，随着越来越多传感器加入，在中短距离的高带宽编码器链路里，M-LVDS将会是更好的一种选择。
                                                                     
各厂商M-LVDS器件性能
 
这里列举一些市面上常见的M-LVDS器件，首先是ADI的ADN4680E，这是ADI的4通道数，数据速率最快（250Mbps）的一款器件。ADN4680E囊括四个M-LVDS收发器，采用半双工配置，总线引脚上提供高达±15 kV的超高级别ESD保护，是高密度系统最合适的选择。
 
TI的M-LVDS这里挑的是SN65MLVD040，4通道半双工M-LVDS收发器，最高数据速率250Mbps。驱动器的上升和下降时间介于1ns和2ns之间，同时还能容纳总线上的短截线。接收器输出受压摆率控制，以减少与大电流浪涌相关的EMI和串扰效应，器件有±7kV级别的ESD保护。
 
纳芯微的NLC53xx可支持最高200Mbps的传输速率，采用全双工在-1V至3.4V的共模电压范围内检测50 mV差分输入的总线状态。I/O端口支持±8kV级别的ESD防护。
 
小结
 
M-LVDS在中短距离的传输上，基于LVDS拓展了多点通信的优势，是实现紧凑模块化设计，优化高密度系统非常合适的选择。