lvds接口标准

1、LVD S接口标准 LVDS接口是 LCD Panel通用的接口标准，以 8-bit Panel 为例，包括 5 组传输线，其中 4 组是 数据线，代表Tx0+/Tx0-. Tx3+/Tx3-。还有一组是时钟信号， 代表 TxC+/TxC-。相应的在 Panel 一端有 5 组接收线。如果是 6-bit Panel 则只有 3 组数据线和一组时钟线。 LVDS接口又称 RS-644 总线接口，是 20 世纪 90 年代才出现的一种数据传输和接口技术。 LVDS 即低电压差分信号，这种技术的核心是采用极低的电压摆幅高速差动传输数据， 可以实现点对点 或一点对多点的连接，具有低功耗、低误码率、低串

2、扰和低辐射等特点， 其传输介质可以是铜质 的 PCB 连线，也可以是平衡电缆。 LVDS在对信号完整性、低抖动及共模特性要求较高的系统中 得到了越来越广泛的应用。目前， 流行的 LVDS技术规范有两个标准：一个是 TIA/EIA (电讯工 业联盟/电子工业联盟)的 ANSI/TIA/EIA 644 标准，另一个是 IEEE 1596.3 标准。 1995 年 11 月，以美国国家半导体公司为主推出了 ANSI/TIA/EIA 644 标准。1996年 3 月， IEEE 公布了 IEEE 1596.3 标准。这两个标准注重于对 LVDS接口的电特性、互连与线路端接等方 面的规范，对于生产工艺、

3、传输介质和供电电压等则没有明确。 LVDS可采用 CMOS GaAs或其他 技术实现，其供电电压可以从 +5V到+3.3V，甚至更低；其传输介质可以是 PCB 连线，也可以是 特制的电缆。标准推荐的最高数据传输速率是 655Mbps,而理论上，在一个无衰耗的传输线上， LVDS的最高传输速率可达 1.923Gbps。 - OpenLDI 标准在笔记本电脑中得到了广泛的应用，绝大多数笔记本电脑的 LCD显示屏与主 机板之间的连接接口都采用了 OpenLDI标准。OpenLDI接口标准的基础是低压差分信号 (Low Voltage Differential Signaling , LVDS 接口，

4、它具有高效率、低功耗、高速、低成本、低杂 波干扰、可支持较高分辨率等特点。 LVDS接口在电信、通讯、消费类电子、汽车、医疗仪器中 广泛使用，并已经得到了 AMP 3M Samsung、Sharp、Silicon Graphics等公司的支持。为了向 台式机领域渗透，NS公司又专门针对 LCD显示器推出了新的支持 OpenLDI标准的芯片组 DS90C387 和 DS90CF38&新的芯片组支持从 VGA(640 X 480) QXGA( 2048 X 1536)的分辨率。 -DVI 标准虽然还没有 OpenLDI标准那样声名显赫，应用也没有 OpenLDI标准那样普遍。但 是由于有

5、Intel 、IBM、HP 等大公司的加入， DVI的应用前景被普遍看好，一些数字型 CRT显示 器、LCD显示器和数据投影机中已经采用了符合 DVI标准的数字显示接口。 -目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟 VGA接口连接，计算机内部以数字方 式生成的显示图像信息，被显卡中的 D/A (数字/模拟)转换器转变为 R、G B三原色信号和行、 场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备，如模拟 CRT 显示器，信号被 直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。而对于 LCD DLP 等数字显示设备，显示 设备中需配置相应的 A / D (模拟/数字)转换器，将模

6、拟信号转变为数字信号。在经过 D /A和 A/ D2 次转换后，不可避免地造成了一些图像细节的损失。 -DVI 标准由 DDW( 1994 年 4 月正式推出，它的基础是 Silicon Image 公司的 PanalLink 接口技术，PanalLink 接口技术采用的是最小化传输差分信号( Transition Minimized Differential Signaling , S)作为基本电气连接。如附图所示，计算机中生成的图像信息传送 到显示处理单元(显卡)中，经处理并编码成数据信号，数据信号中包含了一些像素信息、同步 信息以及一些控制信息，信息通过 3 个通道输出。同时还有一个通道

7、用来传送使发送和接收端同 步的时钟信号。每一个通道中数据以差分信号方式传输， 因此每一个通道需要 2 根传输线。由于 采用差分信号传输，数据发送和接收中识别的都是压差信号， 因此传输线缆长度对信号影响较小， 可以实现远距离的数据传输。 在接收端对接收到的数据进行解码， 并处理生成图像信息供数字显 示设备显示。在 DVI标准中对接口的物理方式、电气指标、时钟方式、编码方式、传输方式、数 据格式等进行了严格的定义和规范。 对于数字显示设备， 由于没有D/A和 A/D转换过程，避免了 图像细节的丢失，从而保证了计算机生成图像的完整再现。 在 DVI接口标准中还增加了一个热插 拔监测信号，从而真正实现

8、了即插即用 DVI标准一经推出立即得到了响应， 不仅各图形芯片厂商纷纷推出了系列支持 DVI标准的芯片组， ViewSonic、Samsung等公司也相继推出了采用 DVI标准接口的数字型 CRT显示器和 LCD显示器。 在新近上市的一些 LCD和 DLP 数据投影机中我们也看到了 DVI标准接口。随着数字化时代的来临， DVI标准接口取代 VGA接口成为显示设备事实标准接口指日可待。 1 LVDS介绍 LVDS （ Low Voltage Differential Signaling） 是一种低摆幅的差分信号技术，它使得信号能在 差分 PCB线对或平衡电缆上以几百 Mbps的速率传输，其低压

9、幅和低电流驱动输出实现了低噪声 和低功耗。 几十年来，5V供电的使用简化了不同技术和厂商逻辑电路之间的接口。然而，随着集成电路的 发展和对更高数据速率的要求， 低压供电成为急需。 降低供电电压不仅减少了高密度集成电路的 功率消耗，而且减少了芯片内部的散热，有助于提高集成度。 减少供电电压和逻辑电压摆幅的一个极好例子是低压差分信号 （LVDS。LVDS物理接口使用 1.2V 偏置提供 400mV摆幅的信号（使用差分信号的原因是噪声以共模的方式在一对差分线上耦合出 现，并在接收器中相减从而可消除噪声）。 LVDS驱动和接收器不依赖于特定的供电电压，因此 它很容易迁移到低压供电的系统中去，而性能不变

10、。作为比较， ECL和 PECL技术依赖于供电电 压，ECL要求负的供电电压， PECL参考正的供电电压总线上电压值（ Vcc）而定。而 G LVDS是一 种发展中的标准尚未确定的新技术，使用 500mV的供电电压可提供 250mV的信号摆幅。不同低 压逻辑信号的差分电压摆幅示于图 1。 FECI 3,3V 3,3V t_ - 1 2 V L眼 - L - 1 GIA 1尚 4.0 2.0 1 .0 D.ft 0.35 0.15 O.i Mi crorb 1980 1984 I9SK 1992 1996 2000 2JW4 YE 图不同低理避粗伯玮的若分电H援笔小览图 LVDS在两个标准中定义

11、。 IEEE P1596.3（1996 年 3月通过），主要面向 SCI（Scalable Coherent Interface），定义了 LVDS的电特性，还定义了 SCI协议中包交换时的编码； ANSI/EIA/EIA-644（1995 年 11 月通过），主要定义了 LVDS 的电特性，并建议了 655Mbps的最大 速率和 1.823Gbps的无失真媒质上的理论极限速率。 在两个标准中都指定了与物理媒质无关的特 性，这意味着只要媒质在指定的噪声边缘和歪斜容忍范围内发送信号到接收器， 接口都能正常工 作。LVDS具有许多优点：终端适配容易；功耗低；具有 fail-safe 特性确保可靠性

12、； 低成本；高速传送。这些特性使得 LVDS在计算机、通信设备、消费电子等方面得到了广泛应 用。 图 2 给出了典型的 LVDS接口，这是一种单工方式，必要时也可使用半双工、多点配置方式，但 一般在噪声较小、距离较短的情况下才适用。 每个点到点连接的差分对由一个驱动器、 互连器和 接收器组成。驱动器和接收器主要完成 TTL信号和 LVDS信号之间的转换。 互连器包含电缆、PCB 上差分导线对以及匹配电阻。 LVDS 3.5mA) , LVDS接收器具有很高的输入阻抗， 因此驱动器输出的电流大部分都流过 100 Q 电阻，并在接收器的输入端产生大约 350mA的电压。当驱动器翻转时，它改变流经电

13、阻的电流 方向，因此产生有效的逻辑 1”和逻辑0”状态。低摆幅驱动信号实现了高速操作并减小了功 率消耗，差分信号提供了适当噪声边缘和功率消耗大幅减少的低压摆幅。 功率的大幅降低允许在 单个集成电路上集成多个接口驱动器和接收器。这提高了 PCB板的效能，减少了成本。 图 2荷单的 ItLVDS接口逢捷图 不管使用的 LVDS传输媒质是 PCB线对还是电缆，都必须采取措施防止信号在媒质终端发生反射， 同时减少电磁干扰。 LVDS要求使用一个与媒质相匹配的终端电阻( 100 士 20Q),该电阻终止了 环流信号，应该将它尽可能靠近接收器输入端放置 。LVDS驱动器能以超过 155.5Mbps的速度驱

14、 动双绞线对，距离超过 1 Om。对速度的实际限制是：送到驱动器的 TTL数据的速度；媒质 的带宽性能。通常在驱动器侧使用复用器、在接收器侧使用解复用器来实现多个 TTL信道和一个 LVDS信道的复用转换，以提高信号速率，降低功耗。并减少传输媒质和接口数，降低设备复杂 性。 LVDS接收器可以承受至少士 1V的驱动器与接收器之间的地的电压变化。 由于 LVDS驱动器典型的 偏置电压为+1.2V ,地的电压变化、驱动器偏置电压以及轻度耦合到的噪声之和，在接收器的输 入端相对于接收器的地是共模电压。 这个共模范围是：+0.2V +2.2V o建议接收器的输入电压范 围为：0V +2.4V。 2 L

15、VDS系统的设计 LVDS系统的设计要求设计者应具备超高速单板设计的经验并了解差分信号的理论。设计高速差 分板并不很困难，下面将简要介绍一下各注意点。 2.1 PCB 板 (A )至少使用 4层 PCB板(从顶层到底层)： LVDS信号层、地层、电源层、 TTL信号层； (B) 使 TTL信号和 LVDS信号相互隔离， 否则 TTL可能会耦合到 LVDS线上，最好将 TTL和 LVDS 信号放在由电源/地层隔离的不同层上； (C) 使 LVDS驱动器和接收器尽可能地靠近连接器的 LVDS端； (D) 使用分布式的多个电容来旁路 LVDS设备，表面贴电容靠近电源/地层管脚放置； (E) 电源层和

16、地层应使用粗线，不要使用 50 Q布线规则； (F) 保持 PCB地线层返回路径宽而短； (G) 应该使用利用地层返回铜线( gu9ound return wire )的电缆连接两个系统的地层； (H) 使用多过孔(至少两个)连接到电源层(线)和地层(线)，表面贴电容可以直接焊接到过孔 焊盘以减少线头。 2.2 板上导线 (A) 微波传输线(microstrip )和带状线(stripline )都有较好性能； (B) 微波传输线的优点：一般有更高的差分阻抗、不需要额外的过孔； (C) 带状线在信号间提供了更好的屏蔽。 2.3 差分线 (A) 使用与传输媒质的差分阻抗和终端电阻相匹配的受控阻抗

17、线，并且使差分线对离开集成芯 片后立刻尽可能地相互靠近(距离小于 1Omm),这样能减少反射并能确保耦合到的噪声为共 模噪声； (B) 使差分线对的长度相互匹配以减少信号扭曲，防止引起信号间的相位差而导致电磁辐射； (C) 不要仅仅依赖自动布线功能，而应仔细修改以实现差分阻抗匹配并实现差分线的隔离； (D) 尽量减少过孔和其它会引起线路不连续性的因素； (E) 避免将导致阻值不连续性的 90。走线，使用圆弧或 45。折线来代替； (F) 在差分线对内，两条线之间的距离应尽可能短，以保持接收器的共模抑制能力。在印制板 上，两条差分线之间的距离应尽可能保持一致，以避免差分阻抗的不连续性。 2.4

18、终端 (A) 使用终端电阻实现对差分传输线的最大匹配，阻值一般在 90 130Q 之间，系统也需要此 终端电阻来产生正常工作的差分电压； (B) 最好使用精度 1 2%勺表面贴电阻跨接在差分线上，必要时也可使用两个阻值各为 50 Q的 电阻，并在中间通过一个电容接地，以滤去共模噪声。 2.5 未使用的管脚 所有未使用的 LVDS接收器输入管脚悬空， 所有未使用的 LVDS和 TTL输出管脚悬空，将未使用的 TTL发送/驱动器输入和控制/使能管脚接电源或地。 2.6 媒质(电缆和连接器)选择 (A) 使用受控阻抗媒质，差分阻抗约为 100Q ,不会引入较大的阻抗不连续性； (B) 仅就减少噪声和提高信号质量而言，平衡电缆(如双绞线对)通常比非平衡电缆好； (C) 电缆长度小于 0.5m时，大部分电缆都能有效工作，距离在 0.5m 10m之间时，CAT 3(Categiory 3)双绞线对电缆效果好、便宜并且容易买到，距离大于 10m并且要求高速率时，建 议使用 CAT 5 双绞线对。 2.7 在噪声环境中提高可靠性设计 LVDS接收器在内部提供了可靠性线路，用以保护在接收器输入悬空、接收器输入短路以及接收 器输入匹配等情况下输出可靠。 但是，当驱动器三态或者接收器上的电缆没有连接到驱动器上时， 它