LVDS技术详解：低电压差分信号在嵌入式FPGA中的应用

LVDS（Low Voltage Differential Signaling，低电压差分信号）是一种高效、低噪声、低功耗的信号传输技术，常用于嵌入式FPGA系统中。这种技术的关键在于使用差分信号，即信号通过一对相互关联的导线进行传输，其中一条线上的信号与另一条线上的信号相位相反，从而减少了电磁干扰并提高了信号完整性。 1. LVDS信号特点： - **高速率**：LVDS支持的数据传输速率通常在155Mbps以上，甚至可以达到655Mbps，远超传统的TTL（Transistor-Transistor Logic）信号。 - **低电压摆幅**：LVDS的信号电平以1.2V为基准，具有约400mV的摆幅，这显著降低了电源需求和产生的电磁辐射。 - **低功耗**：由于其低电压和低电流驱动（通常为3.5mA），LVDS系统在高数据速率下依然保持低功耗。 - **高抗干扰性**：差分信号传输方式使得LVDS对共模噪声有很好的抑制能力，提高了系统的稳定性。 2. LVDS信号传输组件： - **差分发送器**：负责将常规的TTL信号转换为LVDS信号，通常由专用的集成电路（如DS90C031）实现。 - **差分接收器**：接收LVDS信号并转化为TTL信号，同样需要专用的集成电路（如DS90C032）来完成。 - **差分信号互联器**：包括连接线（如电缆或PCB走线）和终端匹配电阻（通常为100或120欧姆），用于确保信号的完整传输。 3. LVDS电平特性： - **电平范围**：LVDS驱动器产生的电流源驱动差分线对，当终端电阻在100至120欧姆之间时，电压摆动幅度在350mV至420mV之间。 - **快速信号转换**：由于LVDS信号的电平变化在0.85V至1.55V之间，其逻辑“0”到逻辑“1”的转换速度比TTL信号更快，更适合处理高速变化的信号。 4. LVDS与其它信号标准的比较： - **与PECL（Positive Emitter Coupled Logic）比较**：LVDS的电压摆动较小，但转换速度更快，功耗更低，适合高速传输。 5. 应用场景： - 在嵌入式FPGA系统中，LVDS常用于高数据速率的串行接口，如PCI-Express、千兆以太网和视频接口等。 - 它还广泛应用于长距离传输、多路复用系统、高速数据采集系统以及需要低功耗和高抗干扰性的场合。 LVDS技术的这些特性使其成为现代高速通信和数字信号处理领域的理想选择，尤其是在需要高带宽和低噪声环境的嵌入式系统中。理解LVDS的基本原理和操作对于设计和维护这样的系统至关重要。