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Die Entwicklung der Technik LVDS Signalübertragung
Die übertragene Datenmenge - Gigabit Verbrauch - Milliwatt
Einführung
Standard-Übertragung von Low-Voltage Differential Signal (LVDS) ist heute die beste Lösung für Systeme mit High-Speed-Schnittstellen von niedrigem Verbrauch. Wenn Sie High-Speed-LVDS-Austausch ist bei geringem Stromverbrauch erreicht. Weitere Vorteile sind kompatibel mit niedrigen Versorgungsspannung, geringes Rauschen und eine sichere Signalübertragung. Aus diesen Gründen wird dieser Standard weltweit in der Produktion eingesetzt, in verschiedenen Marktsegmenten, die Geschwindigkeit und geringen Stromverbrauch erfordern. Typische Beispiele der Anwendung dieser Norm sind die des Boards und Kabel in den Anschluss-Switches, Router, Industrie-Kameras, sowie in Kfz-Motoren und Systeme развлекательноинформационных Fahren. Selbst mit all diesen Vorteilen gibt es einige Einschränkungen für den Einsatz in Anwendungen, die Unterstützung für mehrere Transceiver auf einem Bus, mit niedriger Spannung und Receiver mit Common-Mode-Bereich erweiterten Bus mit Strom versorgt. Dies führte zu der Entwicklung von Normen LVDS, zur Ergänzung des ursprünglichen Standard.
Standard-Übertragung von Low-Voltage Differential Signal (LVDS)
Im Jahr 1994 eingeführte National Semiconductor den ersten Technologie-Transfer von Low-Voltage Differential Signaling (LVDS)-Schnittstelle ausgestattet. Anforderungen an Bandbreite wuchs exponentiell, und System-Entwickler suchen nach Wegen, um Leistungsverluste zu reduzieren suchen. Die üblichen Standards wie RS-422 und RS-485, hatte nicht genug Geschwindigkeit, während die ECL (Emitter-emitter coupled logic) und CML (Logik-Schaltungen mit einem Schalter Strom) ausreichende Datenraten zu haben, aber verbrauchen zu viel Strom. LVDS-Technologie hat dazu beigetragen, dieses Problem zu lösen ohne Kompromisse. Diese unterschiedliche Technik, das heißt, es wird durch zwei Linien für die Signalübertragung (Abb. 1). Darüber hinaus ist die Verwendung von LVDS-Signal von der Stromschleife übertragen, und die logischen Pegel (hoch oder niedrig) wird durch die Richtung der Strom in der Schleife (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) bestimmt. Etwa 3,5 mA nur ein Leitungspaar, und kehrt zu dem anderen. Am Abschlusswiderstand schafft eine Spannung (ca. ± 3,5 mA x 100 Ohm = ± 350 mV). Der Empfänger bestimmt ein Differentialkomparator die Polarität des Spannungsabfalls mit einer positiven Spannung entspricht dem logischen High-Pegel, ein negativer Wert - gering. Der Treiber bietet 350 mV Differenz-Spannung am Ausgang mit dem Zentrum bei etwa 1,25 V. Der Schwellenwert-Detektor bei 100 mV eingestellt mit einem Eingangsbereich von 0 bis 2,4 V. Dadurch kann der nominale aktives Signal an nach oben oder unten zu 1 in Common-Mode aufgrund der Differenz im Massepotential. Der Fahrer ist für die Verwendung mit einer Last von 100 Ohm ausgelegt, mit einem Abschlusswiderstand von 100 Ohm.
Abbildung 1. Eine vereinfachte Darstellung der Treiber und Empfänger, LVDS, durch ein Medium mit einem differenzielle Impedanz von 100 Ohm angeschlossen
Differential Konzept führt zu einer hohen Verstärkung in Form von Gleichtaktunterdrückung. Aufgrund seiner hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber Rauschen des Signals kann auf nur ein paar hundert Millivolt reduziert werden. Die kleinere Amplitude ermöglicht, Daten schneller auszutauschen, da das Signal steigt und fällt die gut kontrolliert und gehalten in der 1 V / ns. Die relativ kleine Konstantstromausgang reduziert Hintergrundgeräusche und die Rauschleistung. Da der Strom in der Sende-Paar ist eng mit Stromschleife Suchbegriffe, die elektrischen Felder streuenden oft abgebaut werden, die elektromagnetische Interferenz. Der Wechselkurs variiert in Abhängigkeit von jedem einzelnen Gerät, aber in jedem Fall ist es in der 1,5 Gbit / s mit einem konstanten Strom. Die Stromversorgung erfolgt auf drei Arten minimiert. Der Laststrom bis 3,5 mA begrenzt ist, ein Current-Mode-Treiber in der Regel begrenzt die dynamische Verlustleistung, und der Ruhestrom auf ein Minimum mit CMOS-Prozessen aus dem Submikrometerbereich reduziert. Die Übertragung der Low-Voltage Differential Signaling (LVDS) ist in der Norm ANSI/TIA/EIA-644-A-2001, die ein Update für die Standard-ANSI/TIA/EIA-644 1995 ist definiert. Diese Norm legt ein Niveau von elektrischen Signalen LVDS, dh die Ausgangs-Kennlinien des Treiber und Empfänger-Eingang. Diese Norm sollte in Verbindung mit anderen Normen, die eine vollständige Schnittstelle, einschließlich des Protokolls zu definieren verwendet werden und unterstützt die Verbindung. Diese Standards wie Camera Link-Schnittstelle, oder Standard-FPD für Laptops, einige SPWG (Arbeitsgemeinschaft der Standard-Konsole), wird es auch in vielen Spezialanwendungen eingesetzt. Darüber hinaus gibt es andere Standards. In Abb. 2 zeigt die Signalamplitude und Offset-Spannung (jeweils) unterschiedlicher Standards LVDS.
Abbildung 2. Schwankungen von differentiellen Signalen und ein Vergleich der Verschiebung
Bis heute, Kristallen und Kristalle mit vielen Features von mehreren Unternehmen angeboten LVDS-gesetzt. Neben der einfachen linearen Treiber und Empfänger, bei der Umwandlung zwischen den Ebenen von LVDS-und LVTTL engagiert, gibt es Puffer LVDS-LVDS-, Koordinaten-Schalter, Verteiler-Signale (Splitter) und Taktverteilung Gerät.
Von besonderem Interesse sind die Sätze von Kristallen an von paralleler zu serieller Form und umgekehrt (SerDes) zu konvertieren, weil sie die Speed-LVDS, was einen großen Vorteil bietet das ganze System zu erhöhen. LVDS-Technologie ermöglicht die Integration von Eingabe-Ausgabe mit zusätzlichen Schaltungen, wie: PLL (Schema PLL) von paralleler zu serieller Form zu überführen, mit dem registromzaschelkoy und digitaler Schaltungen, wie beispielsweise einem Testport des peripheren auto-Wählnetz Kanäle (Boundary Scan Test Access Port). In Abb. 3 zeigt ein Beispiel einer solchen Menge von Kristallen SerDes. Der Konverter des Parallel-Seriell-Form SCAN92LV1025 sammelt 10 langsame Eingangssignale von TTL-Schaltungen und wandelt sie in eine kohärente Form ein High-Speed-LVDS-Kanal.
Abbildung 3. Kristall-LVDS-Umsetzer von paralleler zu serieller Form / Konverter von Seriell-Parallel-Form mit dem zusätzlichen JTAG Test
Das Taktsignal des Senders wird in einen seriellen Datenstrom durch Markieren der Startdaten (HIGH) und Anschlag (LOW) Bits. Verfeinern LVDS-Schnittstelle erfordert nicht die Verwendung von mehreren Kontakten, schwere sperrige und Kabel, die wiederum verringert die Kosten des Systems. Der Sender des Seriell-zu-Parallel-Form SCAN92LV1226 empfängt das Signal LVDS, extrahiert das Taktsignal aus dem Datenstrom und erzeugt eine 10-Bit-TTL-Bus. Die Kapazität des Kristalls bis zu 800 Mbit / s von nützlichen Informationen. Solche technischen Lösungen SerDes sind ideal für Systeme, bei denen wir auf dünne Drähte, wie Vision Sensoren an den Fahrzeugrahmen, Kräne, eine Verbindung mit dem Messkopf in der Automatic Test Equipment, etc. verbinden Sie haben Es gibt einige Einschränkungen LVDS, wie zum Beispiel die Höhe der Gleichtaktspannung ± 1 V und die Traglast von 100 Ohm. Dies hat zu der Entstehung von mehreren Varianten eines Standard-LVDS geführt.
1) Zum Beispiel:
- Standard-LVDS ANSI/TIA/EIA-644.
- Standard-LVDS ANSI/TIA/EIA-644-A.
- Standard-ANSI/TIA/EIA-899 M-LVDS.
- JEDEC Spezifikation GLVDS, Version 1.0.
- JEDEC SLVS (JESD8-13) im Oktober 2001.
Bus-Topologie
Die erste LVDS in speziellen High-Speed-Verbindungen verwendet wird, "Punkt zu Punkt." Treiber müssen harmonisiert werden mit der Linie, und Anschlussmöglichkeiten sind auf der Grundlage der charakteristischen Impedanz des Kabels gewählt werden. Dadurch wird eine hohe Qualität der Signalübertragung, und das reflektierte Licht minimiert wird. Um die Differenz zwischen den Möglichkeiten der Umsetzung LVDS-Technologie zu erklären, ist notwendig, um die grundlegende Konfiguration von Reifen erinnern, sind verschiedene Ausführungen in Abb. 4. Die einfachste ist ein Ein-Weg-Bus mit zwei Punkten am Ende des Kabels, die nur ein Abschlusswiderstand hat und der Fahrer immer auf dem gegenüberliegenden Ende des Kabels. Aufgrund der hohen Störsicherheit, unterstützt die Konfiguration von "Punkt-Punkt" High-Speed-Datenaustausch. Eine solche Struktur macht es einfach, einen Reifen Gigabit-Netzwerk zu erstellen. Gleichzeitig zur bidirektionalen Datenübertragung notwendig ist, eine separate Leitung (2 Paar) zuzuweisen. In diesem Fall kann eine temporäre Übertragung von Daten in zwei Richtungen, und der gemeinsame Bus-Bandbreite wird verdoppelt.
Abbildung 4. Verschiedene Bus-Topologie
Eine weitere häufige Konfiguration ist die klassische Distribution System oder Multi-Punkt-Bus. Mit dieser Konfiguration ist besonders nützlich, wenn Sie die gleichen Informationen in mehreren Punkten auf einmal vermitteln wollen. Wie im vorhergehenden Fall wird der Fahrer an einem Ende des Busses befindet, und der Abschlusswiderstand - auf der anderen. Neben den Bus gibt es zwei oder mehrere Empfänger mit kleinen Anschlußdrähte. Die elektrische Länge der Drähte sollte so klein wie möglich, die Verringerung der Signalqualität aufgrund der Wirkung der Reflexion, Interferenz etc. zu verhindern Der Wechselkurs bei der Verwendung von Multipoint-Bus können bis zu 400 bis 600 Mb / s in Abhängigkeit von den Anschlussdrähten und der Last zu sein. Die flexible Konfiguration ist ein Multi-Punkt-Bus passende an beiden Enden der Anschlußdrähte. Der Fahrer kann sich irgendwo in den Bus. Die Arbeit von mehreren Fahrern gleichzeitig ist nicht möglich, so dass der Datentransfer ist Halb-Duplex zweiseitige Natur. Anfügen von Objekten an den Bus kann kritisch sein, es sollte also sorgfältig zu machen. Bei Systemen mit zwei Abschlusswiderstände, benötigen die sogenannte Multi-Point-Systeme leistungsfähiger Treiber für die Erstellung von Schwingungen ähnlich wie LVDS, während die Last von 30 bis 50 Ohm.
Derivate von LVDS
Die Tabelle listet die wichtigsten Parameter von einigen Arten von LVDS.
Tabelle 1. Vergleichende Tabelle der LVDS
| Parameter | LVDS | BLVDS | M-LVDS | GLVDS | LVDM |
| Die Amplitude des Ausgangssignals | 250 bis 450 mV | 240 bis 500 mV | 480 bis 650 mV | 150 bis 500 mV | 247 bis 454 mV |
| Bias-Spannung | 1,125 In | 1,3 V | 0,3 bis 2,1 V | 75 bis 250 mV | 1,125 In |
| Abschluss | 100 W | 27 bis 50 W | 50 W | Interne zu RX | 50 W |
| Erregerstrom | 2,5 bis 4,5 mA | 9 bis 17 mA | 9 bis 13 mA | Geregelte | 6 mA |
| Kurzschluss-Strom | <24 mA | <65 mA | <43 mA | - | -10 MA |
| Schwellen | ± 100 mV | ± 100 mV | ± 50 mV | ± 100 mV | ± 100 mV |
| Eingangsspannung | In der 0 bis +2,4 | In der 0 bis +2,4 | -1,4 +3,8 Um Im | -0,5 Bis +1 in | In der 0 bis +2,4 |
| Common Mode | ± 1 V | ± 1 V | ± 2 V | ± 0,5 V | ± 1 V |
Bus-LVDS
Im Jahr 1997 führte die National Semiconductor LVDS-Bus, um die Bretter mit einer hohen Belastung und niedrige Eingangsimpedanz zu kontrollieren. Boards mit einer großen Anzahl von Karten (20 Stück) in einem kleinen Raum haben in der Regel eine Eingangsimpedanz von 50 bis 60 Ohm. , Sich auf beiden Enden in der Menge von zum Beispiel 54 Ohm ist Fahrer tatsächlich mit einer Last von 27 Ohm konfrontiert. Um die Amplituden der LVDS-Treiber Ausgangsstrom zu erzielen, zum dreifachen Bereich von 10-12 mA erhöht werden. Eine weitere Verbesserung dieser Technologie wurde Anpassen der Ausgangsimpedanz-Treiber, sowie Technologie, um die gleichzeitige Verwendung eines einzigen Kanals zu verhindern. Wenn mehrere Treiber versucht, den Bus gleichzeitig zu übersetzen, wird der Ausgangsstrom so reduziert werden, um nicht die Eingabe und Ausgabe-Geräten zu beschädigen.
M-LVDS
Eine neuere Version von LVDS - Standard ANSI/TIA/EIA-899, wie M-LVDS-(Multipoint-LVDS - Multipoint-LVDS) bekannt. Diese Version unterstützt Multi-Drop Bus mit Doppel-Matching und können bis zu 32 Knoten. M-LVDS erweitert auch die Palette der Common-Mode-Regime bis zu ± 2 V. Die maximale Datenrate 500 Mbit / s. In der Praxis je die begrenzte Geschwindigkeit von 300-400 Mbit / s, von verschiedenen Parametern wie Länge der Verbindungsleitungen und der erforderliche Signalqualität. M-LVDS hat einen Ausgangsstrom von 9-13 mA und Wendungen mit dem Kabel und Anschlüsse auf dem Mainboard. Bei Verwendung von langen Leitungen, erhöht die Wahrscheinlichkeit einer großen Differenz zwischen den Potentialen der Erde. Somit ist die Standard-M-LVDS zweimal erweitert die Palette der Common-Mode-LVDS bis zu ± 2 V für mehr Stabilität. M-LVDS auch unterscheidet zwei Arten von Detektoren (Abb. 5). Typ 1, bezeichnet als "Datenempfänger" hat die Schwellen von ± 50 mV bei einer herkömmlichen Hysterese von 30 mV. Typ 2 oder "Steuereinheit" schaltet den Ausgang auf LOW, wenn die Eingangsspannung unter 50 mV. Der Ausgang wird auf HIGH bei Eingangsspannungen oberhalb 150 mV geschaltet. Der Vorteil der Verschiebung der Schwellenwertbereich ist das Auftreten von 50 mV 50 mV Störabstand.
Abbildung 5. Receiver M-LVDS-Typ 1 und Typ 2
Die Ausgänge in diesem Fall der Schalter in Position LOW (Failsafe). By the way, hat M-LVDS worden PICMG (PCI Gruppe von Computer-Industrie) als Standard für die Übertragung von Signalen in der Taktverteilung Systeme ATCAsovmestimyh Daten (- moderne Architektur Computern für die Telekommunikation ATCA) ausgewählt.
GLVDS
GLVDS (korreliert mit dem Land LVDS) - Entwicklung eines der größten Telekommunikationsunternehmen. Die Technologie ist ähnlich GLDVS LVDS, außer dass die Offset-Spannung Ausgangstreiber näher an das Erdpotential. Durch die Absenkung der Vorspannung Ein-und Ausgänge lassen sich in GLVDS spezialisierte IP und Arbeiten aus Quellen werden mit niedriger Spannung von 0,5 V. Wir integriert GLVDS von den Ausschuss JEDEC-Standards für die Annahme als Standard betrachtet. JEDEC hat einen Standard, der viele Ähnlichkeiten mit GLVDS hat veröffentlicht. Es ist ein Standard SLVS, die für "variable signalisiert eine niedrige Spannung von 400 mV" (JESD8-13) steht. Diese Schnittstelle ist mit dem Potenzial des Landes und verfügt über zwei Optionen für Treiber und-Empfänger. Empfänger kann einseitig und Differential, und die Fahrer - sowohl für die Anwendungen "Punkt zu Punkt" als auch für Multipoint-Anwendungen. Der Wechselkurs schwankt im Bereich von 1 bis 3 Gbit / s, aber nur über kurze Strecken (weniger als 30 cm). Daher ist die Verwendung dieser Schnittstelle wird mit einem Bereich des Breitband-Verbindungen von Zeolithen ist begrenzt. Aufgrund der Amplitude von 400 mV und Koordination auf dem Boden, ist die Spannungsversorgung Schiene nur 0,8 V. Damit diese Schnittstelle kompatibel mit den Kernen der Kleinspannung in ultradünnen Kristalle von spezialisierten IP verwendet wird.
LVDM
Firma Texas Instruments hat eine Reihe von Komponenten für Anwendungen mit einer doppelten Ausrichtung der 100 Ohm ausgelegt entwickelt. Der Ausgangsstrom des Treibers ist doppelt so hoch Standard für LVDS, dh 6 mA nominal ist. Somit wird, wenn eine 50 Ohm Last Ebenen LVDS erreicht. Diese Technologie kann mit bi-direktionale Reifen "Punkt-Punkt" oder Multipoint-Busse mit einer kleinen Last verwendet werden.
Ausgang
Standard-LVDS bietet Entwicklern die Gelegenheit nicht, um die wesentlichen Eigenschaften des Systems zu opfern. Mit diesem Standard, Daten mit hoher Geschwindigkeit übertragen wird, wenig Strom verbraucht, ist das System gegenüber Störgeräuschen und erzeugt wenig Interferenz. Neue Arten von LVDS besten ergänzen den ursprünglichen Standard und ermöglichen es Ihnen, es in eine noch größere Zahl von Anwendungssystemen nutzen. In naher Zukunft wird die Datenrate steigt und Spannungsabfall. Mit geringerem Energieverbrauch, reduzieren elektromagnetische Interferenzen und überqueren Abwärtstrend in den Amplituden, die den Anfang der Schöpfung von LVDS markiert, wird wahrscheinlich auch in den Folgejahren fortsetzen.
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