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LVDS在通讯体系背板规划中的使用

LVDS在通信系统背板设计中的应用

一般用100欧姆电阻跨在差分信号线上。

LVDS器材是用CMOS工艺完结的,这样就能供给低的静态功耗。除了负载上的功耗和静态Icc电流外,LVDS还经过其电流形式驱动规划下降体系功耗。这个规划极大地减低了Icc的频率成份影响。但是,TTL/CMOS收发器的动态功耗关于频率呈指数上升。

二、LVDS四种典型结构

1.点到点结构。LVDS发送和接纳常选用点到点结构,以用于在背板上两点间固定方向信号的传输。

2.点到多点结构(见图1)。这种播送式结构衔接多个接纳端到一个发送端。常用于背板数据分配。其数据率从DC到数百兆bps,并且能传到几十米远的间隔。在没有中心交流卡或交流芯片情况下,这种总线结构能够向接纳器方向逐级延伸,这种延伸的成果将导致背板上的互连削减(衔接器脚数削减,背板上PCB布线条数更少),乃至在许多运用场合,PCB板的层数能够削减。(见图2)。

3.多点到多点结构。这种多点互连总线使点与点之间互连降至最少(PCB布线途径和衔接器脚数),一起供给双向、半双工通讯才能。关于这种结构而言,同一时间只能有一个发送器在作业,因此发送的优先权以及总线裁定协议,都需求根据不同的运用场合、选用不同的软件协议和硬件计划。
4 矩阵开关结构用。卡在需求十分高的信号交流的背板运用体系中,矩阵开关结构总线常被选用。经过矩阵开关的操控,在同一时间能够有多个发送器作业,然后完结全双工通讯。

三、常用LVDS产品

1、总线LVDS。在一些大的数据通讯和电信体系中,结构一个十分大的高速的背板是必需的。一般,背板的巨细尺度和其最大速度是相反的联系。换言之,假如将背板做得太大,这些重负载将严峻阻碍背板的速度,并且使功耗及噪声成为大问题。因此,在这方面运用LVDS技能是最抱负的解决办法。

总线LVDS是LVDS线路发送和接纳器系列的扩展,它们被特别地规划为背板上多点通讯的运用场合,这时总线两头都终接电阻。它们也被用于重负载的背板上,那里的等效阻抗低于100欧姆。这时,发送器会有一个30~50欧姆规模的负载。总线LVDS发送器供给约10mA的输出电流,因此它们供给LVDS摆幅于更重的终端负载上。它能够高速驱动点到多点结构和多点互连结构总线,举例如下:

· 多点互连结构FR4背板,20块卡作为负载刺进总线,传输速度为155Mbps。

· 多点互连结构FR4背板,10块卡作为负载刺进总线,传输速度为400Mbps。

· 运用总线LVDS时钟缓冲器,能够得到极好的66MHz时钟信号。

· 关于点到点的衔接,传输速度可到达800Mbps。

2、串行/解串器。它们吸收了LVDS的长处(高速及低功耗、低噪声、低本钱)及其串行化愈加减小了电缆、衔接器及PCB的尺度及本钱。它关于高速数据总线的扩大是十分抱负的解决计划,不需求任何协议来支撑。

四、LVDS背板规划技巧

PCB板布线总的准则:阻抗匹配是十分重要的,差分阻抗的不匹配会发生反射,这就会削弱信号并且也会添加共模噪声。线路上的共模噪声将发生EMI。要尽量在信号脱离IC后操控差分阻抗的走线,极力坚持尾端在<12mm的规模。别的,布线要避免90度转弯,要用45度转弯、圆角或斜角PCB走线,在每个芯片上用旁路电容,且要保证每路电源或地线宽而短,并且用许多过孔来使到电源板的电感最小。

五、LVDS背板规划主张

1.PCB板的规划

a)最少用4层PCB板,即LVDS信号、地、电源、TTL信号。背板高速体系的规划一般将Vcc和地线用专门的层。电源线和地线之间的窄带空间也是极好的高频旁路电容

b)将陡的CMOS/TTL信号与LVDS信号阻隔,不然这些含有噪声的单端CMOS/TLL信号会穿插耦合到LVDS线上,最好将TLL和LVDS信号放在不同的层上,并用电源和地层离隔。

c)坚持发送器和接纳器尽或许挨近接插件(LVDS端口侧)。这有助于保证板上噪声不会被带到差分线上,并且避免电路板及电缆线间的穿插EMI搅扰。

d)旁路每个LVDS器材,并用散布式散装电容和表贴电容放在挨近电源和地线引脚处时作业情况最好。供电:在电源和地间放一个4.7μF 35V钽电容时作业情况最好。钽电容的额外电压较要害,不该低于5倍Vcc。有些电解电容也作业得较好。Vcc引脚:假如或许的话,用一个或两个并联多层陶瓷表贴%&&&&&%(0.1μF及0.01μF),放在每个Vcc引脚和地线之间,最好尽量挨近Vcc引脚使寄生效应最小。

e)电源和地线运用较宽的线。

2.背板上差散布线的规划

a)所布的差分线对一脱离%&&&&&%就尽早尽或许挨近在一起走线,这有助于消除反射并保证噪声是以共模办法耦合。事实上,咱们看到相距1mm的差分信号辐射的噪声远远低于3mm布线。

b)在一对布线之间匹配其长度。

c)关于差散布线不要只依赖于主动布线功用。细心地查看尺度用以匹配走线长度并且保证各组差分线之间阻隔。

d) 使线上过孔的数量最少。

e) 避免90度转弯,(以避免形成阻抗不接连),用孤线或45度斜线替代。

f)在一对走线内,两条线之间间隔要尽量小,以坚持接纳器的共模按捺。

3.终端负载的问题

a)用一个终端电阻匹配传输线上的差分阻抗。在点到点的电缆运用中应在90欧姆到130欧姆之间。电流形式的输出需求用终端电阻来发生恰当的差分电压。

b) 在接纳端的止境的线对上跨接一个电阻。

c)表贴电阻最好。PCB短线、元件引脚、以及从终端电阻到接纳器的输入端的间隔应最短。终端电阻到接纳器输入端的间隔应小于7mm(最大12mm)。

d)电阻差错要用1%或2%的。从反射的观念来看,一个10%阻抗的不匹配电阻会引起5%的反射。电阻越挨近匹配越好。

4.闲暇引脚的处理

LVDS输入:让闲暇LVDS接纳器输入端开路(悬空),因其内部防错电路将确定输出为高态。这些接纳器输入端的空脚不该连到象电缆或长的PCB走线等噪声源上,使其在引脚邻近悬空。LVDS接纳器是高速、高增益器材,假如拾取差分信号将导致接纳器动作。这将在输出端发生过错传输并且会添加功耗。

LVDS及TTL输出:让有空LVDS及TTL输出端开路(悬空)以节约功耗。不要将它们连到地线上。
TTL输入:衔接无用的TTL发送/驱动输入、操控/使能信号,到电源或地或某种或许坚持开路的情况。有些器材供给内部下拉(或上拉)器材来偏置其引脚。最好参阅数据手册以取得器材特性的信息。这类信息一般包含在引脚描绘表中。

5.背板所用电缆的挑选

尽量运用平衡电缆,如双绞线、双芯电缆,或许严密耦合的差散布线电路。LVDS能够运用广泛的多种介质。在有些十分短(<0.3m)的运用中,带状电缆或柔性电路也能够用。在笼到笼的背板间的运用中,双绞线或双芯电缆因为其稳定性、屏蔽性及平衡性是更好的挑选。 6.接插件的挑选 背板上一般的运用是运用规范衔接器——有差分信号、电源、地和单端信号引脚,图3便是一种含有差分和单端信号的衔接器。 在单衔接头的衔接器上,差分信号一般衔接在一行中挨近的两个衔接脚上最好, 因它们使传输线长度共同。一行中衔接器脚长度越短,供给的传输线功用越好。地信号脚首要用于阻隔大摆幅信号(TTL)和小摆幅信号(LVDS)。 总归,在进行体系规划之前,以下几点应该优先得到考虑: 1) 体系规划有必要优先考虑电源和地在体系中的散布; 2) 第二步便是考虑传输线的结构及其布局布线; 3) 完结余下的数字部分规划; 4) 常常调查和修正整个布局。
在背板多点互连运用中,总线LVDS的终端匹配十分简略,只需把一个外表贴装的电阻跨接在一对传输线上即可。这个匹配电阻的阻值应当等于或略大于相关传输线对的差分阻抗。匹配电阻放置在背板上总线的两头。

定论:在通讯体系背板的规划中,选用LVDS技能,恰当把握一些规划技巧,咱们就能够使杂乱的体系有很高的可靠性、高数据率、低噪声及低本钱。

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