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Le développement de la technologie de transmission de signal LVDS
Le volume des données transmises - la consommation Gigabit - milliwatts
Introduction
La transmission standard de différentiel basse tension de signal (LVDS) est aujourd'hui la meilleure solution pour les systèmes avec interfaces à grande vitesse de basse consommation. Si vous utilisez LVDS haute vitesse d'échange est réalisé avec une faible consommation électrique. Des avantages supplémentaires sont compatibles avec la tension d'alimentation faible, faible bruit et à la transmission fiable des signaux. Pour ces raisons, cette norme est largement utilisée dans la production, dans différents segments du marché qui nécessitent la consommation d'énergie et de vitesse faible. Des exemples typiques d'application de cette norme sont ceux des conseils et des câbles dans les commutateurs de câblage, routeurs, caméras industrielles, ainsi que dans les moteurs automobiles et les systèmes de conduite развлекательноинформационных. Même avec tous ces avantages, il ya quelques limitations pour l'utilisation dans des applications nécessitant un soutien pour les émetteurs-récepteurs multiples sur un même bus, bus-powered en basse tension et le récepteur avec la gamme mode étendu commune. Cela a conduit à l'émergence de nouvelles normes LVDS, complétant la norme d'origine.
La transmission standard de différentiel basse tension de signal (LVDS)
En 1994, National Semiconductor a présenté le premier transfert de technologie à faible tension différentielle de signalisation (LVDS) interface standard. Exigences relatives à la bande passante a augmenté de façon exponentielle, et les développeurs de systèmes sont à la recherche des moyens de réduire les pertes de puissance. Les normes habituelles telles que RS-422 et RS-485, n'a pas eu assez de vitesse, tandis que la ECL (émetteur-émetteur couplé logique) et CML (circuits logiques avec un commutateur de courant) avoir suffisamment de débits de données, mais ils consomment trop d'électricité. LVDS la technologie a aidé à résoudre ce problème sans aucun compromis. Cette méthode différentielle, qui est, elle utilise deux lignes de transmission de signaux (Fig. 1). En outre, l'utilisation du signal LVDS est transmis de la boucle de courant, et le niveau logique (haut ou bas) est déterminée par le sens du courant dans la boucle (dans le sens horaire ou antihoraire). Environ 3,5 mA n'est une paire de fils, et renvoie à un autre. À la résistance de terminaison crée une tension (environ ± 3,5 mA x 100 ohms = ± 350 mV). Le récepteur, un comparateur différentiel détermine la polarité de la chute de tension, avec une tension positive correspond au niveau logique haut, une valeur négative - faible. Le pilote fournit 350 mV de tension différentielle à la sortie avec le centre à environ 1,25 V. Le détecteur de seuil fixé à 100 mV avec une plage d'entrée de 0 à 2,4 V. Cela permet au signal nominale active à monter ou descendre à 1 mode commun en raison de la différence de potentiel de masse. Le pilote est conçu pour une utilisation avec une charge de 100 ohms, avec une résistance de terminaison de 100 ohms.
Figure 1. Un schéma simplifié du conducteur et le récepteur, LVDS, connecté à travers un milieu avec une impédance différentielle de 100 ohms
Notion différentielle conduit à un gain élevé sous la forme de réjection de mode commun. Grâce à sa haute résistance au bruit du signal peut être réduite à quelques centaines de millivolts. La faible amplitude permet d'échanger des données plus rapidement, puisque la montée du signal et se situent bien contrôlée et maintenue au sein de la V 1 / ns. La relativement faible courant de sortie constant réduit le bruit de fond et de la puissance du bruit. Depuis le courant dans la paire de transmission est étroitement lié à boucle de courant, les champs électriques de dispersion souvent disparaissent, ce qui réduit l'interférence électromagnétique. Le taux de change varie en fonction de chaque appareil, mais en tout cas, il est dans le 1,5 Go / s avec un courant constant. La puissance est réduite de trois façons. Le courant de charge est limité à 3,5 mA, un pilote en mode de courant limite généralement la dissipation de puissance dynamique, et le courant de repos est réduite au minimum avec les processus CMOS à l'échelle submicronique. Le transfert de la signalisation différentielle à basse tension (LVDS) est défini dans la norme ANSI/TIA/EIA-644-A-2001, qui est une mise à jour à la norme ANSI/TIA/EIA-644 1995. Cette norme spécifie un niveau de signaux électriques LVDS, à savoir les caractéristiques de sortie du pilote et de l'entrée du récepteur. Cette norme doit être utilisée en conjonction avec d'autres normes qui définissent une interface complète, y compris le protocole, et supporte la connexion. Cette norme tels que l'interface Camera Link, ou FPD norme pour les ordinateurs portables, certains SPWG (Groupe de travail de la console standard), il est également utilisé dans de nombreuses applications spéciales. En outre, il existe d'autres normes. Dans la figure. La figure 2 montre l'amplitude du signal et la tension de décalage (respectivement) des différentes normes LVDS.
Figure 2. Les fluctuations de signaux différentiels et une comparaison du déplacement
À ce jour, LVDS-ensemble de cristaux et cristaux avec beaucoup de fonctionnalités offertes par plusieurs compagnies. En plus de simples conducteurs linéaires et des récepteurs, engagés dans la conversion entre les niveaux de LVDS et LVTTL, il ya des tampons LVDS-LVDS, commutateurs de coordonnées, les signaux des distributeurs (répartiteurs), et un dispositif de distribution d'horloge.
D'intérêt particulier sont les ensembles de cristaux de convertir de parallèle à série et vice-versa (SerDes), car ils augmentent la vitesse de LVDS, ce qui donne un grand avantage du système dans son ensemble. LVDS technologie permet l'intégration d'entrée-de sortie avec un circuit additionnel, tel que: le circuit PLL (système PLL) pour convertir à partir parallèle à la forme série, avec le registromzaschelkoy et des circuits même numériques, tel qu'un port de test du périphérique d'auto-commuté réseau canaux (Boundary Scan Test Access Port). Dans la figure. La figure 3 montre un exemple d'un tel ensemble de SerDes cristaux. Le convertisseur de la parallèle à la forme de série SCAN92LV1025 recueille 10 signaux d'entrée lents des circuits TTL et les convertit en une forme cohérente un haut débit de canal LVDS.
Figure 3. Cristal LVDS convertisseur de parallèle à la forme de série / convertisseur de série en forme parallèle avec le test JTAG ajoutée
Le signal d'horloge de l'émetteur se branche dans un flux de données série en marquant les données de départ (HAUTE) et stop (LOW) bits. Affinez interface LVDS ne nécessite pas l'utilisation de multiples contacts, connecteurs lourds encombrants et de câbles, ce qui réduit le coût du système. L'émetteur de la série-parallèle forme SCAN92LV1226 reçoit le signal de LVDS, extrait le signal d'horloge à partir du flux de données et crée un bus de 10 bits TTL. La capacité du cristal peut être jusqu'à 800 Mbit / s d'informations utiles. Ces techniques SerDes solutions sont idéales pour les systèmes où nous devons utiliser des câbles minces, tels que capteurs de vision se connecter à le châssis du camion, grues, d'une connexion à la tête de mesure dans l'équipement de test automatique, etc Il ya quelques limitations LVDS, tels que le niveau de tension de mode commun ± 1 V et la charge ultime de 100 ohms. Cela a abouti à l'émergence de plusieurs variantes d'un LVDS standard.
1) Par exemple:
- Norme ANSI/TIA/EIA-644 LVDS.
- Norme ANSI/TIA/EIA-644-A LVDS.
- Norme ANSI/TIA/EIA-899 M-LVDS.
- Spécification JEDEC GLVDS, la version 1.0.
- SLVS JEDEC (JESD8-13) en Octobre 2001.
Topologie du bus
Le LVDS première est utilisée dans spéciaux connexions à haute vitesse, "point à point." Le conducteur doit être harmonisée avec la ligne, et les options de connexion doivent être sélectionnés sur la base de l'impédance d'entrée caractéristique du câble. On obtient ainsi une transmission de haute qualité du signal, et sa lumière réfléchie est réduite au minimum. Pour expliquer la différence entre les options de mise en œuvre de la technologie LVDS, est nécessaire de rappeler la configuration de base des pneus, différents modèles sont présentés dans la figure. 4. Simple est un bus unidirectionnel avec deux points à l'extrémité du câble, ce qui a un seul résistance de terminaison, et le conducteur est toujours à l'extrémité opposée du câble. En raison de la grande immunité au bruit, la configuration du "point à point" soutient la haute vitesse d'échange de données. Une telle structure permet de créer facilement un réseau gigabit pneus. Dans le même temps pour un transfert bidirectionnel des données est nécessaire d'allouer une ligne distincte (2 paires). Dans ce cas, il peut y avoir un transfert temporaire de données dans deux directions, et la bande passante du bus commun est doublé.
Figure 4. Topologie de bus Divers
Une autre configuration commune est le système de distribution classique ou multi-point de bus. En utilisant cette configuration est particulièrement utile lorsque vous voulez transmettre la même information en plusieurs points à la fois. Comme dans le cas précédent, le conducteur se trouve à une extrémité du bus, et la résistance de terminaison - de l'autre. Le long du bus, il ya deux ou plusieurs récepteurs avec les petites fils de connexion. La longueur électrique de ces fils doivent être aussi petite que possible pour éviter la baisse de la qualité du signal due à l'effet de la réflexion, l'interférence, etc Le taux de change lors de l'utilisation de bus multipoint peut aller jusqu'à 400-600 Mo / s selon les fils de raccordement et de la charge. La configuration la plus souple est un bus multipoint correspondant sur les deux extrémités des fils de connexion. Le conducteur peut être n'importe où dans le bus. Le travail de plusieurs pilotes en même temps est impossible, de sorte que le transfert de données est half-duplex recto-verso de la nature. Fixation des nœuds sur le bus peut être critique, il devrait donc faire attention. Pour les systèmes avec deux résistances de terminaison, les soi-disant multi-points systèmes nécessitent des pilotes les plus puissants pour créer des vibrations similaires à LVDS, tandis que la plage de charge de 30 à 50 ohms.
Dérivés de LVDS
Le tableau répertorie les principaux paramètres de certains types de LVDS.
Tableau 1. Tableau comparatif des LVDS
| Paramètre | LVDS | Boulevards | M-LVDS | GLVDS | LVDM |
| L'amplitude de la sortie | 250 à 450 mV | 240 à 500 mV | 480 à 650 mV | 150 à 500 mV | 247 à 454 mV |
| Tension de polarisation | 1.125 Dans | 1,3 V | 0,3 à 2,1 V | 75 à 250 mV | 1.125 Dans |
| Achèvement | 100 W | 27 à 50 W | 50 W | Interne à la RX | 50 W |
| Courant d'excitation | 2.5 à 4.5 mA | 9-17 mA | 9 à 13 mA | Réglementé | 6 mA |
| Court-circuit | <24 mA | <65 mA | <43 mA | - | -10 MA |
| Seuils | ± 100 mV | ± 100 mV | ± 50 mV | ± 100 mV | ± 100 mV |
| Tension d'entrée | Dans le 0 à +2,4 | Dans le 0 à +2,4 | -1,4 +3,8 To Dans | -0,5 À +1 | Dans le 0 à +2,4 |
| De mode commun | ± V 1 | ± V 1 | ± 2 V | ± 0,5 V | ± V 1 |
Bus LVDS
En 1997, National Semiconductor a présenté le bus LVDS pour contrôler les planches avec une charge élevée et faible impédance d'entrée. Planches avec un grand nombre de cartes (20 pieces) dans un petit espace généralement une impédance d'entrée de 50-60 ohms. En acceptant sur les deux extrémités d'un montant de, par exemple, 54 ohms pilote est en fait confronté à une charge de 27 ohms. Pour obtenir des amplitudes de sortie LVDS pilote actuel doit être augmentée à trois fois la gamme de 10-12 mA. Une autre amélioration de cette technologie a été correspondant à l'impédance de sortie du pilote, ainsi que la technologie pour empêcher l'utilisation simultanée d'un seul canal. Si plusieurs pilotes essayant d'accéder au bus simultanément, le courant de sortie sera réduit afin de ne pas endommager l'entrée et de sortie.
M-LVDS
Une nouvelle version de LVDS - Standard ANSI/TIA/EIA-899, connu sous le nom M-LVDS (multipoint-LVDS - LVDS multipoint). Cette version supporte le multi-drop bus avec correspondance double et peut utiliser jusqu'à 32 noeuds. M-LVDS est également élargir la gamme de mode commun régime jusqu'à ± 2 V. Le taux maximum de données 500 Mbit / s. Dans la pratique, la vitesse limitée de 300-400 Mbit / s, en fonction de divers paramètres tels que la longueur des fils de raccordement et la qualité du signal requise. M-LVDS a un courant de sortie de 9-13 mA et tourne sur le câble et les connexions à la carte mère. Lors de l'utilisation de longs câbles, la probabilité d'une grande différence entre les potentiels de la terre augmente. Ainsi, la norme M-LVDS double élargi la gamme de mode commun LVDS jusqu'à ± 2 V pour une plus grande stabilité. M-LVDS distingue également deux types de détecteurs (fig. 5). De type 1, dénommé "récepteur de données" a les seuils de ± 50 mV avec une hystérésis classique de 30 mV. Type 2 ou "unité de commande" commute la sortie à l'état BAS lorsque la tension d'entrée devient inférieure à 50 mV. La sortie est activée au niveau HAUT à des tensions d'entrée supérieures à 150 mV. L'avantage du décalage de la région du seuil est l'apparition de 50 de 50 mV marge de bruit mV.
Figure 5. Récepteur M-LVDS de type 1 et type 2
Les sorties dans ce cas, l'interrupteur en position basse (mode failsafe). Soit dit en passant, M-LVDS a été sélectionné PICMG (PCI groupe de l'industrie manufacturière ordinateur) comme la norme pour la transmission de signaux dans les systèmes de distribution d'horloge ATCAsovmestimyh de données (ATCA - ordinateurs d'architecture moderne pour les télécommunications).
GLVDS
GLVDS (en corrélation avec la terre LVDS) - le développement de l'une des plus grandes sociétés de télécommunications. La technologie est similaire à GLDVS LVDS, sauf que le conducteur de tension de sortie compensée plus proche du potentiel de terre. En abaissant les entrées et les sorties de tension de polarisation peut être intégré dans GLVDS IP spécialisée et le travail à partir de sources à basse tension de 0,5 V. Nous GLVDS considéré par les normes du JEDEC du comité pour adoption en tant que norme. JEDEC a publié une norme qui présente de nombreuses similitudes avec GLVDS. Il s'agit d'un standard SLVS, qui signifie «variable de signalisation basse tension de 400 mV" (JESD8-13). Cette interface est compatible avec le potentiel de la terre et dispose de deux options pour les conducteurs et les récepteurs. Les récepteurs peuvent être unilatéral et différencié, et les pilotes, tant pour le point des applications à point "ainsi que pour des applications multipoints. Le taux de change varie dans la gamme 1-3 Gbit / s, mais seulement sur de courtes distances (moins de 30 cm). Par conséquent l'utilisation de cette interface est limitée à une région de connexions à haute vitesse à partir de cristal de cristal. En raison de l'amplitude de 400 mV et la coordination sur le sol, le rail d'alimentation en tension est seulement 0,8 V. Ainsi, cette interface est compatible avec les noyaux de la basse tension utilisée dans les cristaux ultrafins de IP spécialisée.
LVDM
Société Texas Instruments a développé une série de composants conçus pour les applications avec un double alignement de 100 ohms. Le courant de sortie du pilote est deux fois plus élevé pour une norme LVDS, qui est de 6 mA nominal. Ainsi, quand un 50 niveaux de charge en Ohm sont atteint LVDS. Cette technologie peut être utilisée avec bi-directionnels pneumatiques "point-point" ou bus multipoint avec une petite charge.
Sortie
Standard LVDS fournit aux développeurs une opportunité à ne pas sacrifier les caractéristiques essentielles du système. L'utilisation de ce standard, les données sont transmises à une vitesse élevée, consomme peu d'énergie, le système est résistant au bruit et crée peu d'interférence. De nouveaux types de LVDS mieux compléter la norme originale et vous permettra de l'utiliser dans un nombre encore plus grand de systèmes d'application. Dans un avenir proche, le débit de données va augmenter et la chute de tension. Avec une consommation inférieure d'énergie, réduire les interférences électromagnétiques et traverser tendance à la baisse dans les amplitudes, qui a marqué le début de la création de LVDS, est susceptible de continuer dans les années subséquentes.
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