隨著微處理器

、DSP和數字ASIC時鍾頻率的提高，背板信號的通信速率也在不斷提高。較快的時鍾速率使得基於TTL的單端信號的弱點越來越突出
，主要表現在：功耗增大、抖動(導致誤碼)、高電平輻射、傳輸線效應(如阻抗失配和串擾)、電源去耦難度增大以及其它一些問題。盡管一般認為利用該技術速率能夠保持在50MHz以上，但是，上述問題迫使設計人員尋求更為有效的解決方案。

 

提高所有總線和/或背板帶寬的一個方法是增加總線寬度
，但采用這種方法會增大PCB布局難度，而且需要引腳數非常多的連接器，導致係統成本提高、而且非常笨重。當距離超出幾個厘米時，采用串行通信方式是解決上述問題的一個有效方案。高速數據通信係統
，如3G基站、路由器
、加載/卸載複用器及其它設備，采用串行通信方式能夠獲得很大收益。

 

采用低壓差分信號(LVDS)替代TTL信號，能夠降低背板通信的誤碼率、串擾和輻射。

 

 

LVDS在需要信號完整性、低抖動(抖動定義為信號的輸出跳變時間與理想值的偏差)及較高共模特性的高速係統中得到了越來越廣泛的應用。LVDS是目前用於高速串行接口的有效方案之一。

 

其它標準包括(由低速到高速排列)：ECL (射極耦合邏輯)、PECL (正ECL)、CML (電流模式邏輯)，這些標準均采用差分信號。

 

ECL是傳統的高速邏輯標準
，它基於雙極型晶體差分對管，采用負偏置電源。PECL由ECL發展而來，采用正電源。新一代的ECL器件具有200ps左右的延遲時間，可應用於頻率大於3GHz的係統。

 

在現有的接口標準中
，CML的工作速率最高，可用於千兆位數據速率的係統。與其它標準相比，CML還具有一個額外的優勢：集成了一個50Ω匹配電阻
，大大簡化了實現良好匹配的設計。但是當鏈路每個端點工作在不同的電源電壓時

，需外接耦合元件。

 

本文主要討論LVDS的特性及其可能的應用，表1列出了LVDS的一些特性參數以及與ECL、PECL和CML係統的對比結果。按照EIA/TIA-644 LVDS和IEEE® 1596.3標準規定，LVDS采用差分信號，信號幅度範圍為250mV至400mV

、直流偏置1.2V。

 

表1. 高速通信係統的對比*

 

*ECL和PECL發送器輸出信號的擺幅高於LVDS發送器的信號擺幅，較高的輸出擺幅和較短的傳輸延時使得ECL和PECL器件具有更高的功耗。

 

 

LVDS的差分特性為其帶來了許多優點：抑製共模噪聲、理論上自身不產生噪聲(假設差分信號完全對稱
，即正、負輸出之間沒有畸變)。LVDS能夠用CMOS工藝實現，便於同其它電路一起集成。

 

由於LVDS采用差分信號
，因此吸取電源電流的峰值較低，隻需加適當的去耦電容即可解決電源去耦問題。通常LVDS消耗的功率低於ECL和CML，當然，在某種程度上這取決於所采用的匹配方案。

 

 

LVDS大多用於時鍾分配和多個單點至單點的信號分配。時鍾分配對於不同子係統需要同一參考時鍾的數字係統非常重要
，例如：多數情況下基站的DSP需要與射頻信號處理電路同步
，利用鎖相環(PLL)產生所需要的本振頻率，ADC被鎖存到中心參考時鍾。當與無線接收機一起工作時
，還必須以盡可能低的輻射分配時鍾(和信號)，以避免對小信號通路的幹擾。

 

把高速信號分配給不同單元時可以采用不同的策略，其中有兩種極端情況：一種是將一路信號源/驅動器的信號分配給所有單元(稱為多點分配器)；另一種是對每一個單元采用一個獨立的驅動器(稱為多個單點至單點分配器)。圖1說明了這兩種分配架構的區別。對於多點分配器，驅動器要保證足以驅動所有的接收器和傳輸媒介(電纜、連接器
、背板)，總線通常需要在末級接收器加匹配阻抗。所有分支與總線的距離必須盡可能短
，以避免引起信號完整性問題
，在高密度PCB普遍應用的今天，較好地控製分支長度並非易事。

 

圖1. 多點信號分配允許一個發送器與多個接收器之間的通信；多個單點至單點信號分配不需要中間接頭
，也消除了接頭產生的幹擾。

 

多(duo)個(ge)單(dan)點(dian)至(zhi)單(dan)點(dian)分(fen)配(pei)結(jie)構(gou)中(zhong)需(xu)要(yao)多(duo)路(lu)驅(qu)動(dong)器(qi)
，可(ke)定(ding)義(yi)為(wei)點(dian)到(dao)點(dian)的(de)操(cao)作(zuo)，每(mei)路(lu)驅(qu)動(dong)器(qi)與(yu)一(yi)路(lu)本(ben)地(di)終(zhong)端(duan)接(jie)收(shou)機(ji)之(zhi)間(jian)通(tong)信(xin)。這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)減(jian)少(shao)了(le)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)問(wen)題(ti)，能(neng)夠(gou)保(bao)證(zheng)傳(chuan)輸(shu)媒(mei)介(jie)的(de)阻(zu)抗(kang)盡(jin)可(ke)能(neng)一(yi)致(zhi)，消(xiao)除(chu)了(le)多(duo)條(tiao)支(zhi)路(lu)產(chan)生(sheng)的(de)幹(gan)擾(rao)。

 

本文來源於Maxim。