Die technische Entwicklung LVDS-Signalübertragung

Die übertragene Datenmenge - Gigabits Verbrauch - Milliwatt

Einführung

Standard-Übertragung von Differenzniederspannungssignale (LVDS) ist heute die beste Lösung für Systeme mit High-Speed-Schnittstellen, niedriger Verbrauch. Wenn LVDS hohe metabolische Rate wird mit geringem Stromverbrauch erreicht. Weitere Vorteile sind die Kompatibilität mit Niederspannungs-Energiequellen, geringes Rauschen und eine sichere Signalübertragung. Aus diesen Gründen wird dieser Standard ist weit verbreitet in der Produktion in verschiedenen Marktsegmenten verteilt, wo die notwendige Geschwindigkeit und niedrigem Verbrauch. Typische Beispiele für die Anwendung dieser Norm sind die Verbindungen der Platten und Kabel in den Kabel Switches, Router, Industriekameras, sowie in Automobil razvlekatelnoinformatsionnyh Systemen und Fahrzeugsteuerungssysteme. Selbst mit all diesen Vorteilen gibt es einige Einschränkungen für die Verwendung in Anwendungen Unterstützung von mehreren Transceivern auf dem gleichen Bus erforderlich, den Energiebus mit einer niedrigen Spannung und Empfänger erweitert Band in-Phase-Signal. Dies führte zur Entstehung neuer Standards LVDS, den ursprünglichen Standard zu ergänzen.

Standard-Übertragung von Differenzniederspannungssignale (LVDS)

Im Jahr 1994 eingeführt National Semiconductor die ersten Technologietransfer Differenzsignale mit niedriger Spannung (LVDS) Schnittstelle als Standard. auf die Anforderungen an die Bandbreite exponentiell, und Systementwickler suchen nach Möglichkeiten gewachsen Verlustleistung zu reduzieren. Eine gemeinsame Standards wie RS-422 und RS-485, fehlte Geschwindigkeit, während die ECL (Emitter-Emitter Coupled Logic) und CML (Logikschaltungen mit Strom) eine ausreichende Geschwindigkeitsänderung, sondern verbrauchen zu viel Strom. LVDS-Technologie hat dazu beigetragen, ohne Kompromisse dieses Problem zu lösen. Diese Differentialtechnik, das heißt, es werden zwei Übertragungsleitungen (Fig. 1). Wenn ferner LVDS unter Verwendung Stromschleifensignal übertragen werden, wobei die logischen Pegel (hoch oder niedrig) der durch die Richtung des Stroms in der Schleife (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) bestimmt wird. Es ist etwa 3,5 mA über einen einzigen Kabelpaar und gibt an einem anderen. Am Abschlusswiderstand erzeugt eine Spannung (etwa ± 3,5 mA x 100 Ohm = ± 350 mV). Der Empfänger, Differenzvergleichers, bestimmt die Polarität des Spannungsabfalls und die positive Spannung entspricht dem logisch hohen Pegel, einen negativen Wert - gering. Der Treiber bietet 350mV Differenzausgangsspannung 1,25 V. Empfängerschwelle zentriert um auf 100 mV eingestellt wird, wenn der Eingangsbereich von 0 bis 2,4 V Dies ermöglicht die nominale aktives Signal nach oben oder nach unten von 1 in ein Gleichtakt durch Potentialdifferenzen zu erden. Treiber zur Verwendung mit einer Last von 100 Ohm bis 100 Ohm-Abschlußwiderstand.

Abbildung 1. Simplified LVDS-Treiber und Empfängerschaltung verbunden ist mit dem Träger durch eine differentielle Impedanz von 100 Ohm

Differential Konzept führt zu einer hohen Verstärkung in Form von Gleichtaktunterdrückung. Aufgrund der hohen Störunempfindlichkeit der Signalamplitude auf wenige hundert Millivolt reduziert werden. Je kleiner Amplitude ermöglicht es, Daten schneller steigen oder auszutauschen und Abfallzeiten kontrolliert und gehalten werden gut im Bereich von 1 V / ns. Relativ kleine Konstantstrom-Ausgang reduziert Hintergrundgeräusche und Rauschleistung. Da der Strom in der Sende Paar eng mit der Stromschleife verbunden ist, Verstreuen die elektrischen Felder verschwinden oft, elektromagnetische Interferenz zu verringern. Wechselkurs ändert sich an jedem einzelnen Gerät abhängig, aber in jedem Fall ist es im Bereich von 1,5 Gbit / s mit einem konstanten Strom. Die Leistung wird auf drei Arten minimiert. Der Laststrom auf 3,5 mA, typisch Strommodustreiber begrenzt ist begrenzt die dynamische Verlustleistung, und Ruhestrom wird durch die Verwendung CMOS-Prozessen im Submikron-Niveau auf ein Minimum reduziert. Übertragung von Differenzsignalen von Niederspannung (LVDS) ist in der Norm ANSI / TIA / EIA-644-A-2001 definiert, die eine Aktualisierung der Standard ANSI / TIA / EIA-644 im Jahr 1995. Diese Norm legt nur die elektrischen Signalpegel LVDS, dh die Eigenschaften des Ausgangstreibers und dem Empfängereingang. Diese Norm sollte in Verbindung mit anderen Standards verwendet werden, die eine vollständige Schnittstelle zu definieren, einschließlich des Protokolls, Verbindungen und Medien. Diese Standards wie Camera Link-Schnittstelle, oder Standard-FPD für Laptops, einige SPWG (Arbeitsgruppe von Standard-Konsole), es ist auch in vielen Spezialanwendungen eingesetzt. Darüber hinaus gibt es andere Standards. Fig. 2 zeigt die Signalamplitude und Offsetspannung (jeweils) verschiedener LVDS-Standards.

Abbildung 2. Die Schwankungen von Differenzsignalen und einen Vergleich der Verschiebung

Bis heute, LVDS-Kristalle und Kristallsätze mit mehreren Funktionen von mehreren Unternehmen angeboten. Neben der einfachen linearen Treiber und Empfänger wandeln zwischen den Ebenen von LVDS und LVTTL gibt es Puffer LVDS-LVDS, koordinieren Umschalter, Verteiler-Signale (Splitter) und Taktverteilungsvorrichtung.

Von besonderem Interesse sind Sammlungen von Kristallen von parallel zu seriell und umgekehrt (SerDes) zu konvertieren, da sie Speed-LVDS erhöhen, was einen großen Vorteil des gesamten Systems gibt. LVDS-Technologie ermöglicht die Integration von IO mit zusätzlichen Schaltungen als: PLL-Schaltung (PLL-Schaltung) für die Umwandlung von parallel zu seriell; mit registromzaschelkoy und sogar digitale Schaltungen, wie zB dem Test der peripheren Port automatische Netzwerk-Einwahl (Boundary-Scan-Test Access Port). Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines solchen Satzes von Kristallen SerDes. Converter von parallel zu seriell SCAN92LV1025 sammelt 10 langsame Eingangssignale von TTL-Schaltungen und wandelt sie in eine zusammenhängende Form eines High-Speed-Kanal LVDS.

Abbildung 3. Kristall LVDS-Sender von parallel zu seriell / Konverter von serieller Form mit dem zusätzlichen JTAG Test parallel

Die Uhr Sender Stecker in einen seriellen Datenstrom durch die Ausgangsdatenmarkierung (HIGH) und Stopp (LOW) Bits. Narrow LVDS-Schnittstelle erfordert nicht die Verwendung von mehreren Kontakten, schwere voluminöse Stecker und Kabel, was wiederum die Kosten des Systems reduziert. Umsetzer von seriell SCAN92LV1226 empfängt LVDS-Signal in parallele, extrahiert ein Synchronisationssignal aus dem Datenstrom und erzeugt einen 10-Bit-TTL-Bus. Die Kapazität des Kristalls 800 Mbit / s Nutzlast erreichen. Solche technischen Lösungen SerDes sind ideal für Systeme, bei denen es notwendig ist, in der automatischen Testgerät an den Messkopf dünne Drähte, wie Verbindungen von Vision-Sensoren in der Automobil-Chassis, Controller verbunden, etc. verwenden Es gibt einige Einschränkungen LVDS, wie zum Niveau der Gleichtakt ± 1 V und die letzte Last von 100 Ohm. Dies hat in der Entstehung von mehreren Variationen von ¹ LVDS - Standard geführt.

¹⁾ Zum Beispiel:

1. Standard ANSI / TIA / EIA-644 - LVDS.
2. Standard ANSI / TIA / EIA-644-A LVDS.
3. Standard ANSI / TIA / EIA-899 M-LVDS.
4. Spezifikation JEDEC GLVDS, Version 1.0.
5. JEDEC SLVS (JESD8-13) Oktober 2001.

Bus-Topologie

Der erste LVDS wird in speziellen High-Speed-Verbindungen verwendet, "Punkt zu Punkt". Der Fahrer muss mit der Leitung harmonisiert werden, und müssen die Verbindungsparameter auf der Grundlage der Charakteristik des Eingangswiderstands des Kabels ausgewählt werden. Dadurch wird erreicht, qualitativ hochwertige Signalübertragung und sein reflektiertes Licht minimiert wird. Um den Unterschied zwischen den Ausführungsformen der LVDS-Technologie erklären, ist es notwendig, wieder zu werden, um die Grundkonfiguration von Reifen, verschiedene Ausführungen in Fig. 4. Die einfachste ist ein Einweg-Bus mit zwei Punkten am Ende des Kabels, das nur ein Abschlusswiderstand hat, und der Fahrer ist immer am gegenüberliegenden Ende des Kabels. Aufgrund der hohen Störsicherheit unterstützt die Konfiguration der "Punkt zu Punkt" hohe Datenraten. Diese Reifenstruktur macht es einfach, Gigabit-Netzwerk zu erstellen. So für die bidirektionale Übertragung von Daten notwendig, separate Leitung (Paar 2) zuzuordnen. In diesem Fall kann es sich um eine temporäre Übertragung von Daten in zwei Richtungen, und die Gesamtkapazität des Busses wird verdoppelt.

Abbildung 4. Verschiedene Bus-Topologie

Eine weitere häufige Konfiguration ist die klassische Verteilungssystem oder Multi-Point-Bus. Mit dieser Konfiguration ist besonders wirksam, wenn es notwendig ist, auf einmal die gleichen Informationen in mehreren Punkten zu übertragen. Wie im vorherigen Fall wird der Fahrer an einem Ende des Busses angeordnet ist, und dem Abschlusswiderstand - auf der anderen. Entlang des Busses sind zwei oder mehr Empfänger mit kleinen Verbindungskabel. Die elektrische Länge der Drähte müssen so klein wie möglich sein, um eine Verringerung der Signalqualität zu verhindern, dass aufgrund der Reflexionswirkung, Lärm usw. Der Wechselkurs, wenn Mehrpunktbusses kann bis zu 400-600 Mb / s, abhängig von der Last und der Verbindungsdrähte. Die flexible Konfiguration ist ein Mehrpunkt-Bus mit der Koordination an beiden Enden der Verbindungsdrähte. Der Fahrer kann sich irgendwo auf dem Bus sein. Die Arbeit von mehreren Fahrern zugleich ist nicht möglich, so dass die Datenübertragung ist ein Zwei-Wege-Halbduplex-Charakter. Das Verbinden der Netzknoten mit dem Bus kann kritisch sein, so sollte es sorgfältig zu machen. Bei Systemen mit zwei Abschlusswiderständen, so genannte Multipoint-Systeme erfordern leistungsstärkere Treiber für Schwingungen wie LVDS zu schaffen, während die Last im Bereich von 30 bis 50 Ohm.

Derivate von LVDS

Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Parameter von einigen Sorten von LVDS.

Tabelle 1 Vergleichstabelle LVDS

Bus LVDS

1997 führte National Semiconductor den LVDS-Bus für Steuermodule mit hoher Last und niedriger Eingangsimpedanz. Boards mit mehr Karten (bis zu 20 Stück) in einem kleinen Raum haben in der Regel Eingangsimpedanz von 50 bis 60 Ohm. Bei der Vereinbarung an beiden Enden in einer solchen Menge, wie 54 Ohm Fahrer tatsächlich kollidiert mit einer Last von 27 Ohm. Für LVDS-Treiber-Ausgang sollte Stromamplitude auf das Dreifache des Bereichs von 10 bis 12 mA erhöht werden. Eine weitere Verbesserung dieser Technologie war auf volle Treiberausgangswiderstand sowie Technologie zu verhindern, dass die gleichzeitige Verwendung eines einzelnen Kanals zu vereinbaren. Wenn mehrere Treiber versuchen, Zugriff auf den Bus zur gleichen Zeit zu erhalten, wird der Ausgangsstrom verringert wird, um nicht die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen zu beschädigen.

M-LVDS

Eine neuere Version von LVDS - Standard ANSI / TIA / EIA-899, bekannt als M-LVDS (Multipoint-LVDS - Mehr LVDS). Diese Version unterstützt Multi-Drop-Bus mit Doppelanpassung und kann bis zu 32 Knoten verwendet werden. M-LVDS erweitert auch den Bereich der Common-Mode-2 V. Die maximale Datenrate von 500 Mbit / s bis ±. In der Praxis wird die Geschwindigkeit auf 300 bis 400 Mbit / s begrenzt ist, in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern wie der Länge der Verbindungsdrähte und der gewünschten Signalqualität. M-LVDS verfügt über einen 9-13 mA Ausgangsstrom und Wendungen und an das Kabel und die Verbindungen der Platine. Wenn lange Kabel verwendet wird, wird die Wahrscheinlichkeit eines großen Unterschieds zwischen dem Massepotential erhöht. So zu M-LVDS-Standard zweimal verlängert Gleichtaktbereich LVDS-Modus 2 V für mehr Stabilität ±. M-LVDS unterscheidet auch zwischen zwei Arten von Empfängern (Fig. 5). Typ 1, bezeichnet als "Datenempfänger" hat Schwellen ± 50 mV bei einer herkömmlichen Hysterese 30 mV. Typ-2 oder "Managing Receiver" schaltet den Ausgang auf LOW-Position, wenn die Eingangsspannung unter 50 mV abfällt. Der Ausgang schaltet auf hoch, wenn die Eingangsspannung höher als 150 mV ist. Der Vorteil der Verschiebung der Schwellenbereich ist das Auftreten von 50 mV 50 mV Störabstand.

Abbildung 5. Receiver M-LVDS-Typ 1 und Typ 2

In diesem Fall werden die Ausgänge geschaltet LOW (Failsafe-Modus) zu positionieren. By the way, hat M-LVDS für Verteilung von Taktsignalen in Datenübertragungssystemen ATCAsovmestimyh (- moderne Architektur Computer für Telekommunikation ATCA) PICMG (PCI Gruppe von Computerindustrie) als Signalisierungsstandard ausgewählt.

GLVDS

GLVDS (mit dem Land LVDS korreliert) - Entwicklung eines der größten Telekommunikationsunternehmen. GLDVS Technik analog LVDS, außer daß die Vorspannung Treiberausgang ist mit dem Erdpotential näher. Durch die Absenkung kann die Vorspannung Ein- und Ausgänge in GLVDS spezialisierte IP und Arbeit aus Quellen mit niedriger Spannung von 0,5 V. Die nunmehr von JEDEC Standards Committee für die Zulassung als Standard angesehen GLVDS integriert werden. JEDEC hat einen Standard veröffentlicht, die viele Ähnlichkeiten mit GLVDS hat. Es SLVS-Standard, der für "variable Übertragung von Niederspannungssignale für 400 mV" (JESD8-13) steht. Die Schnittstelle ist mit dem Erdpotential konsistent und hat zwei Optionen für die Treiber und Empfänger. Empfänger können entweder einseitig oder Differential und Treiber sein - für beide Anwendungen oder Mehrpunkt-Anwendungen "Punkt zu Punkt". Der Wechselkurs im Bereich von 1-3 Gbit / s, aber nur für kurze Entfernungen (weniger als 30 cm). Daher wird die Verwendung dieser Schnittstelle zu einem Bereich von Hochgeschwindigkeitsverbindungen von Kristall zu Kristall beschränkt. Aufgrund der Amplitude von 400 mV und Koordination auf dem Boden, ist der Stromkreisspannung nur 0,8 V. Somit ist die Schnittstelle kompatibel mit den Kernen der Niederspannung in ultradünnem Kristalle von spezialisierten IP verwendet.

LVDM

Texas Instruments hat mit Doppel passender 100 Ohm eine Reihe von Komponenten für Anwendungen entwickelt. Ausgangsstrom-Treiber zweimal die Norm für LVDS, dh nominell 6 mA. Somit kann für eine 50 Ohm-Last LVDS Ebenen erreicht werden. Diese Technologie kann mit bidirektionalen Bussen verwendet werden, "Punkt zu Punkt" oder Multipoint-Reifen mit einer kleinen Last.

Abschluss

Standard-LVDS bietet Entwicklern die Möglichkeit, nicht die wesentlichen Merkmale des Systems zu opfern. Unter Verwendung dieser Standard, Daten mit hoher Geschwindigkeit übertragen wird, ist es wenig Energie verbraucht, ist das System unempfindlich gegen Rauschen und wenig elektromagnetische Störung erzeugt. Neue Arten von LVDS besten den ursprünglichen Standard ergänzen und ermöglicht es Ihnen, es noch mehr Anwendungssysteme zu verwenden. In naher Zukunft wird die Datenrate zu erhöhen und Spannungsabfall. Im Rahmen der Energieverbrauch zu reduzieren, wodurch EMI und Übersprech neigt Amplitude zu verringern, die mit der Erstellung der LVDS begann, ist es wahrscheinlich in den kommenden Jahren fortzusetzen.

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