บล็อก เกี่ยวกับ คู่มือในการเลือก LVDS สําหรับการถ่ายทอดข้อมูลความเร็วสูง

ในยุคที่ความต้องการในการส่งข้อมูลความเร็วสูง เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว วิศวกรต้องเผชิญกับโจทย์ที่เหมือนกันวิธีการเลือก LVDS ที่เหมาะสมที่สุด (Low Voltage Differential Signaling) จากสินค้าที่มีอยู่มากมายในฐานะเทคโนโลยีอินเตอร์เฟซซีเรียล ที่ใช้สัญญาณความแตกต่างขนาดต่ํา สําหรับการถ่ายทอดข้อมูลความเร็วสูงLVDS ได้ถูกใช้มานานในอุปกรณ์เช่นคอมพิวเตอร์และทีวีดิจิตอล เพื่อเชื่อมต่อบอร์ดโลจิกกับแผ่น LCDอย่างไรก็ตาม การใช้งานของมันยืดยาวไปไกลกว่าพื้นที่เหล่านี้

ด้วยคุณสมบัติการทํางานที่โดดเด่น LVDS ได้กลายเป็นพื้นฐานสําหรับเทคโนโลยีการสื่อสารลําดับความเร็วสูงมากมายมีบทบาทสําคัญในสาขาที่มีความต้องการในการถ่ายทอดข้อมูลที่เข้มงวดบทความนี้จะวิเคราะห์หลักการหลักของเทคโนโลยี LVDS และให้วิศวกรคู่มือการเลือกสินค้าที่ครบถ้วนผ่านตัวอย่างการใช้งานจริง

พื้นฐานของเทคโนโลยี LVDS อยู่ที่การใช้แหล่งกระแสไฟฟ้าคงที่ 3.5mA เพื่อผลิตสัญญาณความแตกต่างความแรงต่ําลักษณะการส่งความแตกต่าง ทําให้ LVDS สามารถยับยั้งเสียงกระแทกแบบทั่วไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ และลดการขัดขวางทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI), สะดวกในการส่งข้อมูลความเร็วสูงและน่าเชื่อถือ. ตามมาตรฐาน ANSI, EIA และ TIA, LVDS ในทฤษฎีสนับสนุนอัตราการส่งข้อมูลสูงสุดถึง 655Mbps.ด้วยการปรับปรุงการออกแบบอย่างรอบคอบ, การใช้งานจริงสามารถบรรลุอัตราที่เกิน 1Gbps

การใช้งานของ LVDS กว่าหลายอุตสาหกรรม นอกเหนือจากคอมพิวเตอร์และโทรทัศน์ดิจิตอล เทคโนโลยีนี้ถูกนําไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมอัตโนมัติ อุปกรณ์การแพทย์ และอิเล็กทรอนิกส์รถยนต์.ในอุตสาหกรรมอัตโนมัติ LVDS สะดวกในการแลกเปลี่ยนข้อมูลความเร็วสูงในเวลาจริงระหว่างเซ็นเซอร์, เครื่องควบคุมและเครื่องขับเคลื่อนอุปกรณ์การแพทย์ใช้ LVDS เพื่อส่งภาพการแพทย์ความละเอียดสูงที่ตอบสนองความต้องการคุณภาพที่เข้มงวดระบบรถยนต์ใช้ LVDS เพื่อเชื่อมต่อกล้อง, จอแสดงภาพ, และหน่วยควบคุม, ทําให้ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ที่ทันสมัย (ADAS)

เพื่อให้เข้าใจผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับ LVDS ได้ดีกว่า เราสามารถแบ่งพวกเขาออกเป็นสามกลุ่มหลัก:

องค์ประกอบเหล่านี้เป็นหลักในการแปลงระหว่างสัญญาณ TTL / CMOS และสัญญาณ LVDS เพิ่มระยะทางการส่งและเพิ่มอัตราการส่งข้อมูลเครื่องขับ LVDS เปลี่ยนสัญญาณ TTL/CMOS เป็นสัญญาณ LVDS สําหรับการส่งสายเคเบิลความแตกต่าง, ขณะที่เครื่องรับเปลี่ยนสัญญาณ LVDS ที่เข้ามากลับสู่ TTL / CMOS เพื่อการประมวลผลวงจรต่อมา

อุปกรณ์เหล่านี้เพิ่มคุณภาพสัญญาณ LVDS และปรับปรุงความคุ้มกันเสียง. ในระหว่างการส่งสัญญาณ LVDS สามารถได้รับความเสื่อมเสื่อมจากปัจจัยเช่นการสูญเสียสายเคเบิลและความไม่เหมาะสมของอุปมาส่งผลให้เกิดการอ่อนแอและการบิดเบือนเครื่องปรับสัญญาณใช้เทคนิค เช่น การเน้นก่อน, การเน้นถอย, และการปรับความเท่าเทียมเพื่อชดเชยผลเหล่านี้, ขยายระยะทางการส่งและเพิ่มอัตราการส่งข้อมูล

องค์ประกอบเหล่านี้แปลงระหว่างรูปแบบข้อมูลปานกลางและลําดับ โดยลดความต้องการของเคเบิลและลดต้นทุนระบบLVDS SERDES เปลี่ยนแปลงข้อมูลปานกลางเป็นสัญญาณ LVDS ซีเรียลสําหรับการส่งความแตกต่าง, ขณะที่ SERDES ทางด้านตัวรับจะแปลงสัญญาณลําดับกลับสู่รูปแบบคู่เคียง

เนื่องจากเป็นสินค้า LVDS ที่พื้นฐานที่สุด ไดรฟ์และเครื่องรับสามารถส่งสัญญาณระยะทางไกลและความเร็วสูงขึ้น โดยการแปลงสัญญาณระดับ TTL/CMOS เป็นรูปแบบ LVDSการนําตัวขับ LVDS มาใช้งานที่ปลายการส่งและตัวรับที่ปลายทาง, รวมกับเส้นการส่งความแตกต่าง, สะดวกในการส่งสัญญาณ TTL / CMOS ที่ขยาย

ปริมาตรสําคัญในการเลือกตัวขับ / เครื่องรับ LVDS ได้แก่

• จํานวนช่องทาง:มีให้เลือกในรูปแบบ single, dual และ quad-channel
• อัตราการส่ง:โดยทั่วไประหว่าง 400Mbps และ 600Mbps ในการใช้งานจริง
• ระยะทางการส่ง:ประมาณ 15 เมตร โดยใช้สาย UTP มาตรฐาน (CAT6, AWG24)
• ความสามารถในการขับขี่:ภาระสูงสุดที่คนขับสามารถรองรับได้
• การบริโภคพลังงานโดยเฉพาะอย่างยิ่งสําคัญสําหรับการใช้งานที่มีความรู้สึกต่อพลังงาน

เมื่อใช้ไดรเวอร์ LVDS หลายตัวสําหรับการส่งสัญญาณ TTL / CMOS หลายบิตพร้อมกัน, วิศวกรต้องพิจารณาความเสื่อมของเวลาระหว่างไดรเวอร์.ไดรฟ์ LVDS ของรุ่นเดียวกันแสดงความสับสนระหว่างอุปกรณ์สูงสุดเพียง 1 ns ในสภาพที่เหมือนกันซึ่งโดยทั่วไปไม่ทําให้เกิดปัญหาสําหรับสัญญาณ TTL / CMOS 60MHz หรือ 80MHz

ในฐานะส่วนประกอบของ LVDS ที่มีความก้าวหน้ามากขึ้น เครื่องปรับสัญญาณใช้เทคนิคการเพิ่มความสําคัญก่อน, ลดความสําคัญ, และเทคนิคการปรับความเท่าเทียม เพื่อปรับปรุงคุณภาพสัญญาณและความคุ้มกันเสียงโดยขยายระยะทางการส่งและเพิ่มอัตราการส่งข้อมูลอุปกรณ์เหล่านี้พบการใช้งานในการเชื่อมต่อระหว่าง FPGA, ASICs, DSPs และวงจรภายนอก, เช่นเดียวกับในความเร็วสูง backplane interconnects

ในการถ่ายทอดข้อมูลความเร็วสูง คุณภาพสัญญาณอาจลดลงเนื่องจากการสูญเสียสายเคเบิลและความไม่ตรงกันของอัมพานซ์นี่คือที่เห็นได้ชัดโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ FPGAs ที่มีประหยัดที่มีผลิตสัญญาณ LVDS (โดยไม่ต้องมีแหล่งกระแสไฟคง). เครื่องปรับสัญญาณช่วยปรับปรุงคุณภาพรูปคลื่นได้อย่างมีประสิทธิภาพในกรณีดังกล่าว โดยให้ช่องเปิดแผนตาใหญ่ขึ้น

เทคโนโลยีหลักในการปรับสัญลักษณ์ประกอบด้วย:

• เบื้องต้น:ปรับปรุงส่วนประกอบความถี่สูงที่ตัวส่ง เพื่อชดเชยการลดความถี่ความถี่สูงที่เกิดจากสายเคเบิล
• การถอดความสําคัญ:ลดความรุนแรงของส่วนประกอบความถี่ต่ํา เพื่อลดความสับสนของ DC และปรับปรุงความคุ้มกันเสียง
• การแก้ไข:คาปันการบิดเบือนสัญญาณที่ปลายตัวรับ โดยใช้เทคนิคการกรองแบบเส้นตรงหรือไม่เส้นตรง

เมื่อเลือกเครื่องปรับสัญญาณ ผู้วิศวกรควรประเมิน:

• อัตราข้อมูล:อุปกรณ์ปัจจุบันรองรับอัตราการทํางานสูงสุด 3.125Gbps หรือสูงกว่า
• ความสามารถในการแก้ไข:กําหนดระดับการชดเชยการบิดเบือนสัญญาณ
• การบริโภคพลังงานสําคัญสําหรับการออกแบบที่มีความรู้สึกต่อพลังงาน
• สามารถเขียนโปรแกรมได้:อํานวยความสามารถในการปรับปรุงปารามิเตอร์เพื่อเพิ่มความยืดหยุ่นของระบบ

ขณะที่ LVDS ยังคงโดดเด่นในการถ่ายทอดข้อมูลความเร็วสูง ความต้องการอัตราการถ่ายทอดข้อมูลที่เพิ่มขึ้นเปิดเผยข้อจํากัดบางอย่างและระยะความเครียดแบบสามัญที่แคบของมัน ทําให้มีความต้องการในการออกแบบระบบที่เข้มงวดกว่าเพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ในอัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้น ผู้ผลิตบางรายได้นําเทคโนโลยี Current Mode Logic (CML) มาใช้

สถาปัตยกรรมการสลับกระแสของ CML ส่งผลให้ความเร็วการสลับที่สูงขึ้นและการบริโภคพลังงานที่ต่ํากว่าCML ให้ความสลับความแรงกดดันที่ใหญ่กว่าเพื่อการป้องกันเสียงที่ดีขึ้น และช่วงความแรงกดดันแบบทั่วไปที่กว้างกว่าที่ลดข้อจํากัดการออกแบบระบบปัจจุบันสนับสนุนอัตราการส่งข้อมูล 6Gbps ถึง 10Gbps และมากกว่านี้ CML กําลังแทนที่ LVDS อย่างช้า ๆ ในการใช้งานความเร็วสูงบางรายการ

ในฐานะเทคโนโลยีการส่งข้อมูลความเร็วสูงที่เติบโตแล้ว LVDS ยังคงได้รับการนํามาใช้อย่างแพร่หลายในหลายสาขาอุตสาหกรรม การเลือกสินค้าต้องพิจารณาให้ดีเกี่ยวกับจํานวนช่องทางอัตราการส่งสําหรับการใช้งานที่ต้องการอัตราการส่งข้อมูลที่สูงกว่า เทคโนโลยี CML เป็นทางเลือกที่เหมาะสมพวกเขาจะทําให้การใช้งานใหม่ๆ และขับเคลื่อนความก้าวหน้าในเทคโนโลยีสารสนเทศ.