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Entwicklung von Signaltechnik LVDS

Das Volumen der übertragenen Daten - Gigabits Verbrauch - Milliwatt

Einführung

Übertragungsstandard Low Voltage Differential Signaling (LVDS) ist heute die beste Lösung für Systeme mit Hochgeschwindigkeitsschnittstellen, der geringen Verbrauch. Wenn LVDS hohe Wechselkurs wird bei geringen Stromverbrauch erreicht. Weitere Vorteile sind die Kompatibilität mit Niederspannungs-Energiequellen, geringem Rauschen und zuverlässiger Signalübertragung. Aus diesen Gründen ist dieser Standard weit verbreitet in der Industrie, in verschiedenen Marktsegmenten, die Geschwindigkeit und geringen Stromverbrauch erfordern. Typische Beispiele dieser Norm sind Verbindungen Platten und Kabel in Kommutierung Switches, Router, Industriekammern und razvlekatelnoinformatsionnyh in Kraftfahrzeugmotoren und Antriebssystemen. Selbst mit all diesen Vorteilen gibt es einige Beschränkungen für die Verwendung in Anwendungen, Unterstützung von mehreren Transceivern auf dem gleichen Bus erforderlich, den Energiebus mit einer niedrigen Spannung und Empfängern erweiterte Band Inphase-Signal. Dies hat zur Entstehung neuer Standards LVDS geführt, die ursprünglichen Standard-Ergänzung.

Übertragungsstandard Low Voltage Differential Signaling (LVDS)

In 1994 führte National Semiconductor, die ersten Technologietransfer-Differenzsignale mit niedriger Spannung (LVDS) als Standardschnittstelle. auf die Anforderungen an die Bandbreite exponentiell wachsen und die System-Designer suchen nach Möglichkeiten, den Energieverlust zu reduzieren. Eine gemeinsame Standards wie RS-422 und RS-485, fehlte Geschwindigkeit, während die ECL (emitter-emitter coupled logic) und CML (Logikschaltungen mit einem Stromschalter) ausreichende Datenrate haben, aber verbrauchen zu viel Leistung. LVDS-Technologie hat dazu beigetragen, ohne Kompromisse dieses Problem zu lösen. Diese Differenztechnik, die es bedeutet, verwendet zwei Leitungen für die Signalübertragung (Fig. 1). Wenn weiterhin LVDS unter Verwendung Stromschleifensignal übertragen werden, wobei der logische Pegel (hoch oder niedrig) die durch die Richtung des Stroms in der Schleife (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) bestimmt wird. Ca. 3,5 mA ist nur ein Adernpaar und kehrt entlang des anderen. Am Abschlusswiderstand erzeugt eine Spannung (etwa ± 3,5 mA x 100 Ohm = ± 350 mV). Der Empfänger bestimmt die differentielle Komparator die Differenz Polarität der Spannung, die positive Spannung auf einen hohen logischen Pegel entspricht, einen negativen Wert - niedrigste. Der Treiber stellt 350mV Differenzausgangsspannung 1,25 V. Empfängerschwelle zentrierte um bis 100 mV eingestellt wird, wenn der Eingangsspannungsbereich von 0 bis 2,4 V. Diesem das nominale aktive Signal ermöglicht von 1 zu verschieben, nach oben oder unten in einem Gleichtakt durch Potentialdifferenzen erden. Treiber zur Verwendung mit einer Last von 100 Ohm bis 100 Ohm Abschlußwiderstand.

Vereinfachtes LVDS-Treiberschaltung und ein Empfänger verbunden über einen Träger mit einem Differenzimpedanz von 100 Ohm
Abbildung 1: Vereinfachtes LVDS-Treiberschaltung und ein Empfänger verbunden über einen Träger mit einem Differenzimpedanz von 100 Ohm

Differential-Konzept führt zu einer hohen Verstärkung in Form von Gleichtaktunterdrückung. Durch seine hohe Beständigkeit gegen Rausch-Verhältnis der Signalamplitude auf wenige hundert Millivolt reduziert werden. Je kleiner Amplitude ermöglicht eine schnellere Kommunikation als Signal Anstiegs- und Abfall gut kontrolliert und gehalten innerhalb von 1 V / ns. Relativ konstant niedriger Ausgangsstrom reduziert Hintergrundgeräusche und Rauschleistung. Da der Strom in der Sende Paar eng an die Stromschleife verbunden ist, die elektrischen Felder streu oft verschwinden, 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, ein Strommodustreiber in der Regel begrenzt ist, begrenzt die dynamische Verlustleistung und der Ruhestrom wird durch die Verwendung CMOS-Prozessen im Submikron-Niveau auf ein Minimum reduziert. Übertragen Low Voltage Differential Signaling (LVDS) ist in der Norm ANSI / TIA / EIA-644-A-2001 definiert, die eine Aktualisierung der Norm ANSI / TIA / EIA-644 1995. Diese Norm legt die Pegel der elektrischen Signale nur LVDS, das heißt Charakteristiken des Ausgangswerts Treiber- und Empfängereingang. Diese Norm sollte in Verbindung mit anderen Standards verwendet werden, die eine vollständige Schnittstelle zu definieren, einschließlich dem Protokoll, 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 Amplitudensignale und die Vorspannung (jeweils) unterschiedlicher LVDS-Standards.

Schwankungen von Differenzsignalen und ein Vergleich der Verschiebung
Abbildung 2: Die Schwankungen der Differenzsignale und einen Vergleich der Verschiebung

Bis heute LVDS-Kristalle und Kristallsätze mit mehreren Funktionen von mehreren Unternehmen angeboten. Neben der einfachen Leitungstreiber und Empfänger, die Durchführung Umwandlung zwischen LVDS Ebenen und LVTTL gibt es Puffer LVDS-LVDS, Schalter koordinieren, Ventile Signale (Eilern) und Taktverteilungsvorrichtung.

Von besonderem Interesse sind Sammlungen von Kristallen von parallel zu seriell und umgekehrt (SerDes) zu konvertieren, da sie Geschwindigkeit LVDS erhöhen, was als Ganzes einen großen Vorteil des Systems gibt. LVDS-Technologie bietet die Möglichkeit, IO-Integration mit einem solchen zusätzlichen Schaltung als: PLL-Schaltung (PLL-Schaltung) für die vom Parallel-Serien-Form; mit registromzaschelkoy und sogar digitalen Schaltungen, wie der Test des peripher Port automatischen Netzwerk-Einwahl (Boundary-Scan-Test Access Port). Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines solchen Kits SerDes-Kristallen. Wandler von parallel zu seriell sammelt 10 SCAN92LV1025 langsamen Eingangssignale von TTL-Schaltungen und wandelt sie in eine serielle Form eines Hochgeschwindigkeitskanal LVDS.

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

Sendertaktsignale in dem seriellen Datenstrom von Daten, eingebettet durch die Markierung eine Start (HIGH) und ein Anschlag (LOW) Bits. Schmale LVDS-Schnittstelle erfordert nicht die Verwendung von mehreren Kontakten, schwere sperrige Stecker und Kabel, was wiederum die Kosten des Systems reduziert. Konverter von serieller Form empfängt SCAN92LV1226 LVDS-Signal in parallelen, extrahiert ein Synchronisationssignal aus dem Datenstrom und erzeugt 10-Bit-TTL-Bus. Die Kapazität eines gegebenen Kristalls 800 Mbit / s Nutzlast erreichen. Solche technischen Lösungen SerDes sind ideal für Systeme, bei denen es notwendig ist, mit dem Messkopf in die automatische Testausrüstung dünne Drähte, wie Verbindungen von Vision-Sensoren in der Automobilchassis, Controller, verbunden zu verwenden, usw. Es gibt einige Einschränkungen LVDS, z.B. Inphase-Signalpegel ± 1 und Endlast von 100 Ohm. Dies hat in der Entstehung von mehreren Variationen 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) im Oktober 2001.

Bus-Topologie

Der erste LVDS wird in speziellen High-Speed-Verbindungen verwendet, „Punkt zu Punkt“. Der Fahrer muss mit der Leitung in Einklang gebracht werden, und Verbindungsparameter auf der Basis der Charakteristik der Eingangsimpedanz eines Kabels ausgewählt werden. Dies erzielt eine hohe Qualität der Signalübertragung, und dessen reflektiertes Licht minimiert wird. Um den Unterschied zwischen der Ausführungsform LVDS Technik zu erklären, ist es notwendig, die Grundkonfiguration des Reifens, verschiedene Motive, von denen wieder zu werden, die in Fig. 4. Die einfachste ist ein Einweg-Bus mit zwei Punkten am Ende des Kabels, das nur einen Abschlusswiderstand hat, und der Fahrer ist immer am gegenüberliegenden Ende des Kabels. Aufgrund der hohen Störsicherheit, eine Konfiguration „Punkt zu Punkt“ unterstützt die hohen Datenraten. Diese Bus-Struktur macht es einfach, Gigabit-Netzwerk zu erstellen. So für die bidirektionale Übertragung von Daten erforderlich, eine separate Leitung zu liefern (Paar 2). In diesem Fall kann die Übertragungszeitpunkt-Daten in zwei Richtungen sein, und die gemeinsame Bus-Bandbreite wird verdoppelt.

Verschiedene Bus-Topologie
Abbildung 4. Verschiedene Bustopologie

Eine weitere häufige Konfiguration ist das klassische Verteilungssystem oder Mehrpunkt-Bus. Die Verwendung dieser Konfiguration ist besonders nützlich, wenn Sie die gleichen Informationen in mehreren Punkten auf einmal vermitteln wollen. Wie im vorherigen Fall wird der Fahrer an einem Ende des Busses angeordnet ist, und der Abschlusswiderstand - auf dem anderen. Der Reifen sind zwei oder mehr Empfänger mit kleinen Anschlusskabeln. Die elektrische Länge der Drähte sollte so klein wie möglich sein, um eine Verringerung der Signalqualität zu verhindern, dass aufgrund der Reflexionswirkung, Interferenz, usw. Wechselkurs Mehrpunktbus verwendet, kann abhängig von dem Verbindungsdraht 400-600 Mbit / s erreichen und der Last. Die flexibelste Konfiguration ist ein Mehrpunkt-Bus mit an beiden Enden der Anschlußdrähte entsprechen. Der Fahrer kann überall im Reifen sein. Die Arbeit von mehreren Fahrern zur gleichen Zeit ist nicht möglich, so dass die Datenübertragung ist ein Zwei-Wege Halb-Duplex-Charakter. Das Verbinden der Netzknoten mit dem Bus kann kritisch sein, so sollte es sorgfältig machen. Bei Systemen mit zwei Abschlusswiderständen, sogenannte Mehr Systeme erfordern leistungsstärkere Treiber für Schwingungen ähnlich wie LVDS zu schaffen, während die Last im Bereich von 30 bis 50 Ohm.

Derivate von LVDS

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

Tabelle 1 Vergleichstabelle LVDS

Parameter LVDS BLVDS M-LVDS GLVDS LVDM
Die Amplitude des Ausgangs 250 bis 450 mV 240 bis 500 mV 480-650 mV 150-500 mV 247-454 mV
Die Vorspannung 1,125 1.3 V 0,3 bis 2,1 V 75-250 mV 1,125
Abschluss 100 W 27 - 50 W 50 W Intern RX 50 W
Erregerstrom 2,5 bis 4,5 mA 9-17 mA 9 bis 13 mA geregelt 6 mA
Kurzschlussstrom <24 mA <65 mA <43 mA - -10 mA
Schwellenwerte ± 100 mV ± 100 mV ± 50 mV ± 100 mV ± 100 mV
Eingangsspannung 0 bis +2,4 In 0 bis +2,4 In -1,4 bis +3,8 In -0,5 bis +1 in 0 bis +2,4 In
Gleichtakt ± 1 ± 1 ± 2 In ± 0,5 ± 1

Bus LVDS

1997 führte National Semiconductor den LVDS-Bus für Steuermodule mit einer hohen Last und einer niedrigen Eingangsimpedanz. Boards mit mehr Karten (bis zu 20 Stück) in einem kleinen Raum hat in der Regel einen Eingangswiderstand von 50 bis 60 Ohm. Bei der Vereinbarung an beiden Enden in der Größe, kollidiert z.B. 54 Ohm Fahrer tatsächlich mit einer Last von 27 Ohm. Für Amplituden LVDS-Treiber-Ausgangsstrom muss dreifach auf 10-12 mA-Bereich erhöht werden. Eine weitere Verbesserung dieser Technologie war vollständig Konkordanz Treiberausgangswiderstand sowie Technologie der gleichzeitige Verwendung eines Kanals zu verhindern. Wenn mehrere Fahrer den Bus gleichzeitig zuzugreifen versuchen, wird der Ausgangsstrom reduziert, um nicht die Input-Output-Geräte 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 erstreckt sich auch um den Bereich des Gleichtaktes 2 V. Die maximale Datenübertragungsrate von 500 Mbit / s bis ±. In der Praxis wird die Geschwindigkeit auf 300-400 Mbit / s begrenzt ist, in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, wie beispielsweise die Länge der Verbindungsdrähte und der gewünschten Signalqualität. M-LVDS hat einen 9-13 mA Ausgangsstrom und dreht sich zu dem Kabel, und die Verbindungen des Brettes. Wenn lange Kabel mit Wahrscheinlichkeit eines großen Unterschiedes zwischen dem Massepotential erhöht wird. Somit M-LVDS-Standard zweimal verlängert Gleichtaktbereich LVDS-Modus 2 V für eine größere Stabilität ±. M-LVDS unterscheidet auch zwischen zwei Arten von Empfängern (Fig. 5). Typ 1, als „Datenempfänger“ genannt, hat Schwellen 50 mV mit einer herkömmlichen Hysterese 30 mV bis ±. Typ-2 oder „Empfänger“ Ausgang schaltet auf niedrige Position, wenn die Eingangsspannung unter 50 mV abfällt. Ausbeute schaltet auf HIGH, wenn die Eingangsspannung höher ist als 150 mV. Der Vorteil der Verschiebung des Schwellenbereiches bei 50 mV 50 mV ist das Aussehen des Störabstand.

Empfänger M-LVDS-Typ 1 und Typ 2
Abbildung 5. Der Empfänger M-LVDS-Typ 1 und Typ 2

Die Ausbeuten sind in diesem Fall durchgeschaltet (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, mit der Ausnahme, dass die Verschiebung der Treiberausgangsspannung näher an Massepotential. Durch Absenken kann die Vorspannungsspannung Ein- und Ausgänge in GLVDS spezialisierte IP und arbeitete von Quellen mit niedriger Spannung von 0,5 V. Die nunmehr von JEDEC Standardization Committee zur Annahme als Standard betrachtet GLVDS integriert werden. JEDEC hat einen Standard veröffentlicht, die viele Ähnlichkeiten mit GLVDS hat. Dieser SLVS-Standard, der für "Niederspannungs variable Übertragungssignale für 400 mV" (JESD8-13) steht. Diese Schnittstelle ist mit dem Massepotential konsistent und hat zwei Optionen für Treiber und Empfänger. Anwendungen für „Punkt zu Punkt“ und Mehrpunkt-Anwendungen - Der Empfänger kann entweder einseitig, und Differential und Treiber sein. Die Austauschgeschwindigkeit im Bereich von 1-3 Gbit / s, aber nur über kurze Entfernungen (weniger als 30 cm). Daher ist die Verwendung dieser Schnittstelle Sperrgebiet Hochgeschwindigkeitsverbindungen von Kristall zu Kristall. Aufgrund der Amplitude von 400 mV und eine Vereinbarung über den Boden, ist die Stromkreisspannung nur 0,8 V. Somit ist die Schnittstelle mit niedriger Spannung verwendet Kernen in ASICs ultrafeinen Kristallen kompatibel ist.

LVDM

Texas Instruments Company eine Reihe von Komponenten für Anwendungen in Abstimmung mit Doppel 100 Ohm entwickelt. Ausgangsstrom-Treiber zweimal der Standard für LVDS, das heißt, 6 mA, nominell. Somit wird, wenn eine Last von 50 Ohm LVDS Ebene erreicht werden. Diese Technologie kann mit bidirektionalen Bussen verwendet werden, „Punkt zu Punkt“ oder Mehrpunkt-Reifen mit einer kleinen Last.

Abschluss

LVDS-Standard ermöglicht es dem Entwickler, nicht die wesentlichen Merkmale des Systems zu opfern. Unter Verwendung dieser Norm wird Daten mit hoher Geschwindigkeit übertragen werden, wenig Energie verbraucht, ist das System unempfindlich gegen Rauschen und wenig elektromagnetische Störung erzeugt. Neue Arten von LVDS besten den ursprünglichen Standard ergänzen und lassen Sie es in noch mehr Anwendungssysteme verwenden. In naher Zukunft werden Datenraten erhöhen und der Energieversorgungsspannungsabfall. Im Zusammenhang mit dem Energieverbrauch zu reduzieren, reduziert EMI und Übersprechen neigt dazu, die Amplitude zu verringern, die mit der Erstellung der LVDS begann, ist es wahrscheinlich in den kommenden Jahren fortsetzen.

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