LVDS接口电路基本原理.doc

LVDS接口电路基本原理 1 LVDS接口电路的基本结构 1 2 LVDS接口电路驱动器原理 2 3 LVDS接口电路差分传输线 4 3.1 差分线的阻抗匹配 4 3.2 差分线的端接 5 3.3 差分信号的布线 6 4 LVDS接口电路接收器原理 7 5 LVDS信号的测试 8 5.1 选择示波器的要求 8 5.2探头的选择 9 1 LVDS接口电路的基本结构 一个简单的LVDS传输系统由一个驱动器和一个接收器通过一段差分阻抗为100Ω的导体连接而成。如图1所示，驱动器的电流源（通常为3.5mA）来驱动差分线对，由于接收器的直流输入阻抗很高，驱动器电流大部分直接流过100Ω的终端电阻,从而在接收器输入端产生的信号幅度大约350mV 。通过驱动器的开关，改变直接流过电阻的电流的有无，从而产生“1”和“0”的逻辑状态。在必威体育精装版生产的LVDS接收器中，100Ω左右的电阻甚至被直接集成在片内输入端上，如MAXIM公司的MAX9121/9122等。 图1 LVDS接口电路基本结构 2 LVDS接口电路驱动器原理 The Telecommunications Industry Association（TIA）颁布了一个标准，规定了用于转换二进制信号的LVDS接口电路的电气规格。LVDS技术利用低电压差分信号来产生高速、低功率的数据传输。差分信号的使用消除了共模噪声，因此确保了数据的传输速度以及抗噪性能。如果想了解LVDS标准的详细信息，请查阅“Electrical Characteristics of Low Voltage Differential Signaling（LVDS）Interface Circuits”，TIA/EIA-644（March 1996）。 图2-1举例说明了一个通过一对差分连线115连接到一个LVDS接收器110的LVDS发生器100。LVDS发生机100将一个数字的输入信号D_IN转换成为一对在差分输出终端TX_A和TX_B上的相反的LVDS输出信号。有一个100欧姆的终端负载电阻RL跨接在差分传输线TX_A和TX_B之间，并且让LVDS发生器100的输出阻抗满足上面提到的LVDS标准。 LVDS接收器110接收来自差分传输线TX_A和TX_B的差分输入信号，并且把它们转换成为一个数字输入信号D_OUT。LVDS行业标准规定了LVDS接收器110的电气特性。现在接收器直接应用于差分信号发生器，关于接收器110的广泛讨论不包括在现在的应用里。 图2-1 一个简单的LVDS系统 图2-2描述了如100所示的LVDS发生器110的工作原理。LVDS发生器100包括了一个与一个驱动电路205连接的前置放大器200。前置放大器200接收二进制数据信号D_IN，并生成一对相反的数据信号D和D/(信号名称以“/”结尾表示低有效)。除非被另外指定，每一个信号都连接到如原理图所示的节点。因此，比如发生器100的输入终端和输入信号都指定为D_IN。 驱动电路205包括了一个PMOS负载晶体管207和一个NMOS负载晶体管209。每一个负载晶体管都由各自的偏置电压PBIAS和NBIAS产生一个相关稳定的驱动电流响应。驱动电路205又包含了4个驱动晶体管211、213、215、217。 如果信号D_IN是一个逻辑“1”（比如3.3V）,前置放大器200便在终端D上产生一个逻辑 “1”，在终端D/上产生一个逻辑“0”（比如0V）。终端D上的逻辑“1”使晶体管211和217导通，产生电流流下晶体管207和211的电位，上拉负载电阻RL，并且下拉晶体管217和209至地（如箭头219所示）。电流经过终端负载RL，在输出终端TX_A和TX_B之间产生一个负电压。 相反的，如果信号D_IN是一个逻辑“0”，前置放大器200便在终端D上产生一个逻辑“0”，在终端D/上产生一个逻辑“1”。终端D/上的逻辑“1”让晶体管213和215导通，产生电流流下晶体管207、215、终端负载RL、213，以及晶体管209后到地（如箭头221所示）。改电流通过终端负载RL，在输出终端TX_A和TX_B之间产生一个正电压。 图2-2 LVDS驱动器原理图 图2-3是一个描述当信号通过图2-1和2-2所示负载RL时发生变化后各个负载的电压曲线。LVDS发生器100在一对终端TX_A和TX_B上产生一对差分输出信号。LVDS标准要求终端TX_A和TX_B之间的电压保持在250mV到450mV这个范围，并且要求两个差分电压的中间值保持在1.2V左右。终端TX_A到终端TX_B之间为负电压表示一个二进制的“1”，正电压表示一个二进制的“0”。 图2-3 LVDS输出电平曲