LVDS分路器简化了高速信号分配

ANSI EIA/TIA-644 低压差分信号 （LVDS） 标准比更传统的 ECL、PECL 和 CML 标准提供更低的功率和更低的噪声发射，用于高速信号分配。本应用笔记比较了这些通信标准的一些特性，并讨论了LVDS标准的一些优点。

介绍

随着微处理器、DSP和数字ASIC时钟频率的增加，背板信号的速度也在增加。更快的时钟速率限制了基于单端TTL的信令的限制。反过来，这种应变又会增加功耗;振铃，导致位错误;高水平的辐射发射;传输线效应，如阻抗失配和串扰;电源解耦困难等问题。尽管有报道称使用该技术可以保持大于50MHz的速度，但其他信令技术值得考虑。

增加总线和/或背板带宽的一种方法是增加总线宽度。然而，这种方法使PC板布局复杂化，并且需要高引脚数连接器，这些连接器既昂贵又笨重。当距离超过几厘米时，串行数据流很有吸引力。可以从串行数据流中受益的高速数据通信系统包括第三代基站、路由器、分插复用器和其他设备。

低压差分信号（LVDS）可以取代TTL，实现低错误率、低串扰和低辐射发射的背板通信。

LVDS、ECL、PECL 和 CML 的特征

LVDS在高速系统中的应用越来越多，这些系统需要信号完整性、低抖动（抖动可以定义为信号输出转换与其理想位置在时间上的偏差）和良好的共模性能。LVDS是用于高速串行接口的信令技术之一。

其他信令技术（按速度从最慢到最快的大致顺序排列）是ECL（发射极耦合逻辑），PECL（正ECL）和CML（电流模式逻辑）。请注意，这些信令技术中的每一种都是差分的。

ECL是传统的高速逻辑技术，最初基于双极晶体管差分对。在其初始形式中，它使用负偏置电源。PECL是ECL的一种形式，以正电源为参考。最新一代的ECL器件表现出200ps的传播延迟，切换频率超过3GHz。

在目前可用的所有接口中，CML以最高速度运行，用于需要千兆位数据速率的应用。与其他技术相比，CML还有一个额外的优势：它包括一个集成的50Ω端接，这大大简化了确保与硅片良好匹配的任务。但是，如果链路的每一端在不同的电源电压下工作，则需要一些外部耦合元件。

本文重点介绍LVDS的特性及其可能的应用。表1列出了其中一些特征，并将它们与ECL、PECL和CML系统中的特征进行了比较。根据EIA/TIA-644 LVDS和IEEE 1596.3标准的规定，LVDS使用幅度范围为250mV至400mV的差分信号，失调为1.2V。®

 

	LVDS	预期信用损失	PECL	三氯联
差分电压摆幅	250mV 至 400mV	~0.8V	~0.8V	0.4V
直流偏移	1.2V	-1.3V	V抄送- 1.3V	V抄送- 0.2V
传播延迟	~1ns	200点	200点	取决于技术
*ECL和PECL发射器输出信号摆幅高于LVDS发射器。ECL和PECL器件表现出更高的信号摆幅和更短的传播延迟，但代价是更高的功耗。

 

LVDS的优势

LVDS的许多优点源于其差分特性：它不受共模噪声的影响，理论上，它本身不发射噪声。（这假设差分信号完全对称，即正输出和负输出之间没有偏差。LVDS可以在CMOS中实现，从而简化了其与其他电路的集成。

由于LVDS是差分的，因此从其电源汲取的电流尖峰幅度较小，并且使用适当放置的合理值去耦电容可以更容易地处理。此外，LVDS通常比ECL和CML消耗更少的功率，尽管这在一定程度上取决于所使用的端接技术。

LVDS的应用

LVDS非常适合的众多应用包括时钟分配和多点对点信号分配。时钟分配在数字系统中非常重要，因为数字系统需要不同的子系统使用相同的时钟参考。例如，在大多数情况下，基站的DSP部分必须与射频信号处理部分同步，锁相环（PLL）产生所需的本地振荡器频率，ADC锁定到中央时钟基准。此外，当使用包含无线电接收器的应用时，时钟（和信号）必须以尽可能低的发射水平分配，以避免干扰低电平信号路径。

当将高速信号分配到不同的目的地时，可以采用各种策略。两种方法表示您可以找到策略范围的极端情况：一种，从单个源/驱动因素驱动所有目标（称为多点分布）;第二，为每个目标使用单独的驱动程序（称为多点对点分布）。图 1 显示了这两种类型分布方案与两种典型技术之间的差异。在多点分配中，具有足够驱动能力的驱动器驱动所有接收器和中间介质（电缆、连接器、背板）。总线通常以其特性阻抗端接在最终接收器处。必须努力使总线上的所有“存根”或分支尽可能短，以避免可能的信号完整性问题。在当今的高密度印刷电路板上，控制短截线长度并不总是那么简单。

图1.多点信号分配允许一个发射器和多个接收器之间进行通信。多个点对点信号分配不需要调谐短截线，消除了这些短截线可能产生的干扰。

多点对点策略采用多个驱动器，只需为点对点操作指定这些驱动器，因为每个驱动器都与单个本地端接接收器通信。通过这种方案，减少了信号完整性的问题，以确保介质的阻抗尽可能均匀。消除了存根可能造成的干扰。

审核编辑：郭婷