LVDS接口

LVDS是一種低擺幅的差分信號技術，它使得信號能在差分PCB線對或平衡電纜上以幾百Mbps的速率傳輸，其低壓幅和低電流驅動輸出實現了低噪聲和低功耗。 ^[2] 

幾十年來，5V供電的使用簡化了不同技術和廠商邏輯電路之間的接口。然而，隨着集成電路的發展和對更高數據速率的要求，低壓供電成為急需。降低供電電壓不僅減少了高密度集成電路的功率消耗，而且減少了芯片內部的散熱，有助於提高集成度。減少供電電壓和邏輯電壓擺幅的一個例子是低壓差分信號(LVDS)。LVDS物理接口使用1.2V偏置提供400mV擺幅的信號(使用差分信號的原因是噪聲以共模的方式在一對差分線上耦合出現，並在接收器中相減從而可消除噪聲)。LVDS驅動和接收器不依賴於特定的供電電壓，因此它很容易遷移到低壓供電的系統中去，而性能不變。 ^[2] 

液晶彩電Scaler電路中輸出的數字視頻信號中，除了包括圖像信號之外，還包括行同步、場同步、像素時鐘等信號，其中像素時鐘信號的最高頻率可超過28MHz。採用TTL接口，數據傳輸速率不高，傳輸距離較短，且抗電磁干擾（Electromagnetie Interference，EMI）能力也比較差，會對圖像造成一定的影響；另外，TTL多路數據信號採用排線的方式來傳送，整個排線數量達幾十路，不但連接不便，而且不適合超薄化的趨勢。 ^[3] 

為了實現數據的高速率、低噪聲、遠距離、高準確度的傳輸，人們開始尋找新的數據傳輸方式，於是LVDS接口技術應運而生。LVDS是英文Low Voltage Differential Signaling的縮寫，它是一種低壓差分信號技術接口，是美國NS（美國國家半導體公司）為克服以TTL電平方式傳輸寬帶高碼率數據時功耗大、EMI電磁干擾大等缺點而研製的一種數字視頻信號傳輸方式。 ^[3] 

LVDS接口利用非常低的電壓擺幅（約350mV）在2條PCB走線或者一對平衡電纜上通過差分進行數據的傳輸，即低壓差分信號傳輸，採用LVDS接口，可以使得信號在差分PCB線或平衡電纜上以幾百Mbps的速率傳輸，由於採用低壓和低電流驅動方式，因此，實現了低噪聲和低功耗。 ^[3] 

在液晶彩電中，LVDS接口電路位於液晶彩電Scaler電路與液晶面板之間，它由主板側的LVDS信號發送電路（發送器）和液晶面板側的接收電路（接收器）共同組成。LVDS發送器將Scaler輸出的TTL電平並行RGB數據信號和控制信號轉換成低電壓串行LVDS信號，然後通過主板與液晶面板之間的柔性電纜（排線）將信號傳送到液晶面板側的LVDS接收器，LVDS接收器再將串行信號轉換為TTL電平的並行信號送往後續電路（一般是定時控制器TCON）。如《LVDS接口電的簡化路示意圖》所示。 ^[3] 

發送器主要完成TTL信號到LVDS信號的轉換，接收器主要完成LVDS信號到TTL信號的轉換，互連器包含電纜、PCB上差分導線對以及匹配電阻。 ^[3] 

LVDS發送器由一個驅動差分線對的電流源組成通常電流為3.5mA，LVDS接收器具有很高的輸入阻抗，因此發送器輸出的電流大部分都流過匹配電阻，並在接收器的輸入端產生大約350mV的電壓。當驅動器翻轉時，它改變流經電阻的電流方向，因此產生有效的邏輯“1”和邏輯“0”狀態。 ^[3] 

不管使用的LVDS互連單元是PCB線對還是電纜，都必須採取措施，防止信號在互連單元終端發生反射，同時減少電磁干擾。LVDS要求使用一個與互連單元相匹配的電阻，該電阻終止了環流信號，應該將它儘可能靠近接收器輸入端放置。 ^[3] 

在液晶彩電實際電路中，發送器一般為一單獨的芯片或集成在Scaler芯片中，位於主板電路中；接收器一般為一單獨芯片，位於液晶屏內部電路板中；互連單元主要是指連接主板與液晶板的信號電纜線。 ^[3] 

在設計中應用好LVDS接口產品，充分發揮其技術優點，優化系統設計，需要注意以下幾點。

PCB佈線總的原則是：阻抗要匹配。這是非常重要的。差分阻抗的不匹配會產生反射。會減弱信號並增加共模噪聲。線路上的共模噪聲將得不到差分線路磁場的抵消而產生電磁輻射。以下是PCB板設計中需注意的問題：

（1）至少用4層PCB板。將LVDS信號、地、電源、TTL信號分層佈局； ^[1] 

（2）使TTL信號和LVDS信號相互隔離。否則TTL可能會耦合到LVDS線上，最好將TTL和LVDS信號放在由電源、地層隔離的不同層上； ^[1] 

（3）保持發送器和接收器儘可能靠近接插件。連線長度愈短愈好[(小於37.6mm(1.5英寸)]。以保證板上噪聲不會被帶到差分線上。而且避免電路板及電纜線間的交叉EMI干擾； ^[1] 

（4）旁路每個LVDS器件。分佈式散裝電容或表貼電容放在儘量靠近電源和地線引腳處； ^[1] 

（5）電源層和地層應使用粗線。保持PCB地線層返回路徑寬而短； ^[1] 

（6）終端負載用100Ω(誤差<2%)表貼電阻靠近接收器輸入端來匹配傳輸線的差分阻抗。終端電阻到接收器輸入端的距離應小於7mm； ^[1] 

（7）將所有空閒引腳開路(懸空)。 ^[1] 

（1）使用與傳輸媒質的差分阻抗和終端電阻相匹配的受控阻抗線，並且使差分線對離開集成芯片後立刻儘可能地相互靠近(距離小於10mm)，這樣能減少反射並能確保藕合到的噪聲為共模噪聲。 ^[1] 

（2）使差分線對的長度相互匹配，以減少信號扭曲，防止引起信號間的相位差而導致電磁輻射。 ^[1] 

（3）儘量減少過孔和其它會引起線路不連續性的因素。 ^[1] 

（4）避免使用90“的走線，這將導致阻值的不連續。 ^[1] 

與TTL接口相同，LVDS接口電路也分為單路傳輸RGB數據和奇/偶像素雙路傳輸RGB數據兩種方式（也稱單端口LVDS、雙端口LVDS，1像素LVDS和2像素LVDS）。如果再考慮到輸出位數（6bit、8bit、10bit），LVDS接口電路的類型可分為以下幾種：

（1）單路6位LVDS位接口

用來驅動6bit液晶面板，使用單路方式傳輸RGB數據。也稱18位（R、G、B各6位）LVDS接口。 ^[3] 

（2）雙路6位LVDS接口

用來驅動6bit液晶面板，使用奇/偶像素雙路方式傳輸RGB數據。也稱36位（奇/偶RGB各6位）LVDS接口。 ^[3] 

（3）單路8位LVDS位接口

用來驅動8bit液晶面板，使用單路方式傳輸RGB數據。也稱24位LVDS接口。 ^[3] 

（4）雙路8位LVDS接口

用來驅動8bit液晶面板，使用奇/偶像素雙路方式傳輸RGB數據。也稱48位LVDS接口。 ^[3] 

（5）單路10位LVDS接口

單10位LVDS接口用來驅動10bit液晶面板，使用單路方式傳輸10bit的RGB數據（RO~R9、GO-G9、B0~B9）。 ^[3] 

（6）雙路10位LVDS接口

雙10位LVDS接口用來驅動10bit液晶面板，使用雙路方式傳輸10bit的RGB數據（奇路為：RO0~RO9、GO0~G09、B00~B09，偶路為：REO~RE9、GEO~GE9、BEO～BE9）。 ^[3] 

LVDS接口具有高速、低噪聲和低功耗的傳輸信號特點。 ^[4] 

如《CMOS和 LVDS信號波形比較圖》所示，顯示了在傳輸數據時CMOS和LVDS信號的波形。CMOS的電壓是全擺幅，而LVDS信號的電壓擺幅只有0.35V，恆流源模式低擺幅輸出意味着LVDS有高速驅動能力。 ^[4] 

LVDS差分驅動器在傳輸線上流過大小相等、極性相反的電流，電流在該線對內返回，產生極低的電磁干擾。當差分傳輸線耦合時，串入信號作為共模電壓出現在接收器輸入口，能有效抑制共模噪聲。如圖《LVDS共模輸入噪聲抵消原理》所示，説明LVDS差分信號如何消除共模干擾。 ^[4] 

LVDS電路用CMOS工藝實現，靜態功耗低。 ^[4] 

單向點對點（point-to-point），這是典型的應用模式，每個點到點連接的差分對由一個驅動器、互連器和接收器組成。驅動器和接收器主要完成TTL信號和LVDS信號之間的轉換。互連器包含電纜、PCB上差分導線對以及匹配電阻。單向點對點應用模式是芯片間、插件間、機架間通訊的理想接口。 ^[1] 

雙向點對點，即能通過一對雙絞線實現雙向的半雙工通信。可以由標準的LVDS的驅動器和接收器構成。但更好的辦法是採用總線LVDS驅動器，即BlVDS，這是為總線兩端都接負載而設計的。 ^[1] 

多分支形式（multidrop），即一個驅動器連接多個接收器。當有相同的數據要傳給多個負載時，可以採用這種應用形式。 ^[1] 

多點結構（multipoint），即此時多點總線支持多個驅動器，也可以採用BLVDS驅動器。它可以提供雙向的半雙工通信，但是在任一時刻，只能有一個驅動器工作。因而發送的優先權和總線的仲裁協議都需要依據不同的應用場合，選用不同的軟件協議和硬件方案。 ^[1]