la technologie en développement LVDS transmission du signal

Le volume des données transmises - Gigabits consommation - milliwatts

introduction

transmission standard des signaux basse tension différentielle (LVDS) est aujourd'hui la meilleure solution pour les systèmes avec des interfaces à grande vitesse, faible consommation. Lors de l'utilisation LVDS taux métabolique élevé est obtenu avec une faible consommation d'énergie. Les autres avantages incluent la compatibilité avec les sources d'alimentation à basse tension, à faible bruit et la transmission du signal fiable. Pour ces raisons, cette norme est largement distribué dans la production dans les différents segments de marché, où la vitesse nécessaire et une faible consommation. Des exemples typiques de l'application de cette norme sont les composés de panneaux et câbles dans les commutateurs de câblage, routeurs, caméras industrielles, ainsi que dans les systèmes de razvlekatelnoinformatsionnyh automobiles et les systèmes de contrôle du véhicule. Même avec tous ces avantages, il existe certaines limites pour l'utilisation dans des applications nécessitant un soutien de plusieurs émetteurs-récepteurs sur le même bus, le bus de puissance avec une faible tension et récepteurs bande étendue signal en phase. Cela a conduit à l'émergence de nouvelles normes LVDS, complétant la norme d'origine.

transmission standard de signaux différentiels à basse tension (LVDS)

En 1994, National Semiconductor a présenté les premiers signaux de basse tension (LVDS) d'interface standard différentiels de transfert de technologie. à la bande passante exigences ont augmenté de façon exponentielle, et les développeurs de systèmes sont à la recherche des moyens de réduire la perte de puissance. A des normes communes telles que RS-422 et RS-485, vitesse manqué, tandis que ECL (émetteur-émetteur logique couplé) et CML (circuits logiques avec un commutateurs de courant) ont un taux de données suffisantes, mais consomment trop de pouvoir. La technologie LVDS a permis de résoudre ce problème sans aucun compromis. Cette technologie différentielle, qui est, il utilise deux lignes de transmission (Fig. 1). En outre, lors de l'utilisation LVDS est transmis le signal de boucle de courant, dans lequel le niveau logique (haut ou bas) est déterminé par le sens du courant dans la boucle (vers la droite ou vers la gauche). Il est d'environ 3,5 mA sur une seule paire de fils, et retourne le long des autres. A la fin résistance génère une tension (environ ± 3,5 mA x 100 ohms = ± 350 mV). Le récepteur, comparateur différentiel, détermine la polarité de la chute de tension, et la tension positive correspond au niveau logique haut, une valeur négative - faible. Le pilote fournit 350mV tension de sortie différentielle centrée autour de 1,25 V. seuil du récepteur est réglé à 100 mV lorsque la plage d'entrée de 0 à 2,4 V. Cela permet au signal actif nominal décalé vers le haut ou vers le bas par 1 dans un mode commun en raison de la masse des différences de potentiel. Pilote pour une utilisation avec une charge de 100 ohms à 100 ohms résistance de terminaison.

Simplifié conducteur LVDS et un circuit de récepteur connecté au support par l'intermédiaire d'une impédance différentielle de 100 ohms
Figure 1. simplifié LVDS circuit de pilotage et récepteur relié au support par l'intermédiaire d'une impédance différentielle de 100 ohms

concept de différentiel conduit à un gain élevé sous la forme de réjection en mode commun. En raison de l'immunité au bruit élevé de l'amplitude du signal peut être réduit à quelques centaines de millivolts. L'amplitude plus petite permet d'échanger des données plus rapide que montée et de descente sont contrôlés et maintenus bien dans la gamme de 1 V / ns. Relativement petite sortie de courant constant réduit le bruit de fond et la puissance du bruit. Etant donné que le courant dans la paire de transmission est étroitement liée à la boucle de courant, les champs électriques de diffusion souvent disparaître, ce qui réduit les interférences électromagnétiques. taux de change varie en fonction de chaque dispositif individuel, mais dans tous les cas, il est de l'ordre de 1,5 Gbit / s avec un courant constant. La puissance est réduite au minimum de trois manières. Le courant de charge est limité à 3,5 mA, le pilote en mode courant limite généralement la dissipation de puissance dynamique et le courant de repos est réduit au minimum en utilisant des processus CMOS au niveau submicronique. signaux différentiels de transmission de basse tension (LVDS) est définie dans la norme ANSI / TIA / EIA-644-A-2001 standard, qui est une mise à jour de la norme ANSI / TIA / EIA-644 en 1995. Cette norme spécifie que les niveaux de signaux électriques LVDS, à savoir les caractéristiques du conducteur de sortie et l'entrée du récepteur. Cette norme doit être utilisée conjointement avec d'autres normes qui définissent une interface complète, y compris le protocole, les connexions et les médias. Ce normes telles que l'interface Camera Link ou FPD standard 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. Fig. 2 montre l'amplitude du signal et la tension de décalage (respectivement) de différentes normes LVDS.

Fluctuations de signaux différentiels et une comparaison du déplacement
Figure 2. Fluctuations de signaux différentiels et une comparaison du déplacement

À ce jour, LVDS-cristaux et ensembles de cristal avec de multiples fonctions offertes par plusieurs entreprises. En plus des pilotes et des récepteurs linéaires simples convertissent entre les niveaux de LVDS et LVTTL, il y a des tampons LVDS-LVDS, coordonner les commutateurs, les distributeurs de signaux (diviseurs) et un dispositif de distribution d'horloge.

D'intérêt particulier sont des collections de cristaux pour convertir de parallèle à série et vice-versa (SerDes), car ils augmentent LVDS de vitesse, ce qui donne un grand avantage de l'ensemble du système. La technologie LVDS permet l'intégration de IO avec des circuits supplémentaires: circuit PLL (circuit PLL) pour la conversion de parallèle à la forme série; avec des circuits registromzaschelkoy et même numériques, tels que le test du réseau automatique port périphérique commutée (Boundary Scan Test de l'accès aux ports). Fig. 3 montre un exemple d'un tel ensemble de cristaux SerDes. Convertisseur de parallèle à la forme série SCAN92LV1025 recueille 10 lents signaux d'entrée des circuits TTL et les convertit en une forme cohérente un LVDS de canal à grande vitesse.

Cristal LVDS convertisseur de parallèle à série forme / convertisseur de série à la forme parallèle avec le test JTAG ajouté
Figure 3. Cristal LVDS émetteur de parallèle à série forme / convertisseur de série à la forme parallèle avec le test JTAG ajouté

L'émetteur d'horloge se branche sur un flux de données série en marquant les données de départ (HIGH) et d'arrêt (LOW) bits. interface LVDS Narrow ne nécessite pas l'utilisation de plusieurs contacts, des connecteurs et des câbles lourds et encombrants, ce qui réduit le coût du système. Convertisseur de série en parallèle sous forme SCAN92LV1226 reçoit le signal LVDS, extrait un signal de synchronisation à partir du flux de données et produit un bus TTL 10-bit. La capacité du cristal peut atteindre la charge utile de 800 Mbit /. Ces solutions techniques SerDes sont idéales pour les systèmes où il est nécessaire d'utiliser des fils minces, tels que les composés de capteurs de vision dans le châssis automobile, les contrôleurs, connectés à la tête de mesure dans l'équipement de test automatique, etc. Il y a quelques limitations LVDS, un tel niveau de mode commun ± 1 V et la charge finale de 100 ohms. Cela a donné lieu à l'émergence de plusieurs variations de la norme 1 LVDS.


1) Par exemple:

  1. Norme ANSI / TIA / EIA-644 LVDS.
  2. Norme ANSI / TIA / EIA-644-A LVDS.
  3. Norme ANSI / TIA / EIA-899 M-LVDS.
  4. Spécification JEDEC GLVDS, version 1.0.
  5. JEDEC SLVS (JESD8-13) en Octobre de 2001.

Topologie de bus

Le premier LVDS est utilisé dans les connexions à grande vitesse spéciaux, "point à point". Le pilote doit être harmonisé avec la ligne, et les paramètres de connexion doit être sélectionné sur la base de la caractéristique de la résistance d'entrée du câble. Cela permet d'obtenir une transmission de signal de haute qualité, et sa lumière réfléchie est réduite au minimum. Pour expliquer la différence entre les modes de réalisation de la technologie LVDS, il est nécessaire de rappeler la configuration de base du pneu, différents modèles sont représentés sur la Fig. 4. Le plus simple est un bus unidirectionnel avec deux points à l'extrémité du câble qui ne dispose que d'une résistance de terminaison, et le conducteur est toujours à l'extrémité opposée du câble. En raison de l'immunité de bruit élevé, la configuration du "point à point" supporte des débits de données élevés. Cette structure du pneu, il est facile de créer réseau gigabit. Ainsi, pour la transmission bidirectionnelle des données nécessaires pour allouer ligne distincte (paire 2). Dans ce cas, il peut être une transmission de données temporaire dans deux directions, et la capacité totale du bus est doublé.

Divers topologie de bus
Figure 4. Divers topologie de bus

Une autre configuration commune est le système de distribution classique ou multi-points bus. L'utilisation de cette configuration est particulièrement efficace si elle est nécessaire de transmettre les mêmes informations en de multiples points à la fois. Comme dans le cas précédent, le pilote se trouve sur une extrémité du bus, et la résistance de terminaison - de l'autre. Le long du bus sont deux récepteurs ou plus avec des petits câbles de connexion. La longueur électrique des fils doit être aussi faible que possible pour éviter une diminution de la qualité du signal due à l'effet de la réflexion, de bruit, etc. Le taux de change lors de l'utilisation de bus multipoint peut être jusqu'à 400-600 Mo / s, en fonction de la charge et des fils de connexion. La configuration la plus flexible est un bus multi-point avec la coordination au niveau des deux extrémités des fils de connexion. Le pilote peut être partout sur le bus. Le travail de plusieurs pilotes en même temps est impossible, de sorte que le transfert de données est un personnage à deux voies semi-duplex. Rejoindre les nœuds de réseau au bus peut être critique, il devrait donc faire attention. Pour les systèmes avec deux résistances de terminaison, des systèmes dits multipoint nécessitent des pilotes plus puissants pour créer des vibrations telles que LVDS, alors que la charge est de l'ordre de 30 à 50 ohms.

les dérivés de LVDS

Le tableau suivant présente les principaux paramètres de certaines variétés de LVDS.

Tableau 1. Tableau comparatif LVDS

paramètre LVDS boulevards M-LVDS GLVDS LVDM
L'amplitude de sortie 250-450 mV 240-500 mV 480-650 mV 150-500 mV 247-454 mV
La tension de polarisation 1.125 Dans 1,3 V 0,3 à 2,1 V 75-250 mV 1.125 Dans
achèvement 100 W 27-50 W 50 W Interne RX 50 W
courant d'excitation 2,5 à 4,5 mA 9-17 mA 9-13 mA réglable 6 mA
courant de court-circuit <24 mA <65 mA <43 mA - -10 mA
seuils ± 100 mV ± 100 mV ± 50 mV ± 100 mV ± 100 mV
la tension d'entrée 0 à +2,4 Dans 0 à +2,4 Dans -1,4 Pour +3,8 En -0,5 Pour +1 en 0 à +2,4 Dans
Mode commun ± 1 V ± 1 V ± 2 V ± 0,5 En ± 1 V

bus LVDS

En 1997, National Semiconductor a présenté le bus LVDS pour les modules de contrôle avec une charge élevée et une faible impédance d'entrée. Boards avec plus de cartes (jusqu'à 20 pièces) dans un petit espace ont généralement une impédance d'entrée de 50-60 ohms. En acceptant sur les deux extrémités en une quantité telle que 54 ohm pilote se heurte effectivement avec une charge de 27 ohms. Pour la sortie du pilote LVDS amplitude du courant devrait être porté à trois fois la gamme de 10-12 mA. Une autre amélioration de cette technologie était d'accord sur la résistance de sortie complète du pilote, ainsi que la technologie pour empêcher l'utilisation simultanée d'un seul canal. Si plusieurs pilotes essayant d'obtenir l'accès au bus en même temps, le courant de sortie sera réduite, afin de ne pas endommager les dispositifs d'entrée-sortie.

M-LVDS

Une nouvelle version de LVDS - norme ANSI / TIA / EIA-899, connu sous le nom M-LVDS (Multipoint-LVDS - LVDS multipoint). Cette version prend en charge les bus multi-drop avec double appariement et peut être utilisé jusqu'à 32 noeuds. M-LVDS élargit également la gamme de mode commun ± 2 V. Le débit de données maximum de 500 Mbit / s. En pratique, la vitesse est limitée à 300-400 Mbit / s, en fonction de divers paramètres tels que la longueur des fils de connexion et de la qualité de signal désirée. M-LVDS a un courant 9-13 mA de sortie et tours et le câble, et les composés du conseil. Lors de l'utilisation de câbles longs, la probabilité d'une grande différence entre le potentiel de masse est augmentée. Mode plage LVDS mode commun Ainsi, la norme M-LVDS deux fois étendu à ± 2 V pour une plus grande stabilité. M-LVDS distingue aussi entre deux types de récepteurs (Fig. 5). Type 1, appelé "récepteur de données" a des seuils ± 50 mV dans une hystérésis conventionnelle 30 mV. Type 2, ou «Gestion du récepteur» commute la sortie position basse lorsque la tension d'entrée tombe au-dessous de 50 mV. La sortie passe au niveau HAUT lorsque la tension d'entrée est supérieure à 150 mV. L'avantage du changement dans la région de seuil est l'apparition de 50 mV 50 mV marge de bruit.

Récepteur M-LVDS de type 1 et de type 2
Figure 5. Récepteur M-LVDS de type 1 et de type 2

Dans ce cas, les sorties sont commutées en position basse (mode sécurité). Par ailleurs, M-LVDS a été sélectionné PICMG (groupe PCI de l'ordinateur industrie manufacturière) en tant que norme de signalisation pour la distribution de signaux d'horloge dans les systèmes de transmission de données ATCAsovmestimyh (ATCA - ordinateurs d'architecture moderne pour les télécommunications).

GLVDS

GLVDS (corrélation avec le LVDS des terres) - développement de l'une des plus grandes sociétés de télécommunications. GLDVS technologie LVDS analogues, sauf que la sortie du conducteur de tension de polarisation est plus proche du potentiel de la terre. En abaissant les entrées et les sorties de tension de polarisation peut être intégré dans GLVDS IP spécialisées et le travail à partir de sources à faible tension de 0,5 V. Maintenant GLVDS examiné par le Comité des normes JEDEC pour approbation en tant que norme. JEDEC a publié une norme qui a beaucoup de similitudes avec GLVDS. Il SLVS standard, qui signifie «transmission variable des signaux basse tension pour 400 mV" (de JESD8-13). L'interface est compatible avec le potentiel de la terre et a deux options pour les pilotes et les récepteurs. Les récepteurs peuvent être soit simple face ou différentielle, et les pilotes - pour les deux applications, "point à point" ou applications multipoints. Le taux de change est dans la gamme de 1-3 Gbit / s, mais seulement pour de courtes distances (moins de 30 cm). Par conséquent, l'utilisation de cette interface est limitée à une zone de connexions à haute vitesse du cristal à cristal. En raison de l'amplitude de 400 mV et la coordination sur le sol, la tension de bus de puissance est seulement de 0,8 V. Ainsi, l'interface est compatible avec les noyaux de la basse tension utilisée dans les cristaux d'IP spécialisé ultraminces.

LVDM

Texas Instruments a développé une série de composants conçus pour des applications avec double correspondant à 100 ohms. Sortie conducteur courant deux fois la norme pour LVDS, qui est nominalement 6 mA. Ainsi, pour une charge de 50 ohms LVDS niveaux sont atteints. Cette technologie peut être utilisée avec des bus bidirectionnels "point à point" ou pneus multipoint avec une petite charge.

conclusion

Standard LVDS offre aux développeurs la possibilité de ne pas sacrifier les caractéristiques essentielles du système. L'utilisation de cette norme, les données sont transmises à grande vitesse, il consomme peu d'énergie, le système est résistant au bruit, et peu de perturbations électromagnétiques générées. De nouveaux types de LVDS meilleur complètent la norme d'origine et vous permettent d'utiliser encore plus les systèmes d'application. Dans un proche avenir, le débit de données va augmenter et la chute de tension. Dans le contexte de la réduction de la consommation d'énergie, ce qui réduit EMI et diaphonie tend à diminuer l'amplitude, qui a commencé avec la création des LVDS, il est susceptible de se poursuivre dans les années à venir.

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