多信道数据传输技术研究

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1、多信道数据传输技术研究【摘要】文章分析了应用LVDS技术解决雷达系统中多信道、高速数据的传输问题。【关键词】数据传输技术Abstract:Thepapermainlydiscussesthemultichanneldatatransmissiontechnology.l.LVDS传输技术LVDS是一种小振幅差分信号技术，使用非常低的幅度信号（约350mV）通过一对差分PCB走线或平衡电缆传输数据。它允许单个信道传输速率达到每秒数百兆比特，其特有的低振幅及恒流源模式驱动只产生极低的噪声，消耗非常小的功率。同时，LVDS也是对高速/低功耗数据传输的一个多任务接口标准，在ANSI/TIA/EIA

2、-644-1995标准中被标准化。1.1LVDS工作原理LVDS的原理，其驱动器由一个恒流源（通常为3.5mA）驱动一对差分信号线组成。在接收端有一个高的直流输入阻抗（几乎不会消耗电流），所以几乎全部的驱动电流将流经100Q的终端电阻在接收器输入端产生约350mV的电压。当驱动状态反转时，流经电阻的电流方向改变，于是在接收端产生一个有效的”0”或”1”逻辑状态。1.2LVDS技术的特点LVDS技术之所以能够解决目前物理层接口的瓶颈，正是由于其在速度、噪声/EMI、功耗、成本等方面的优点。1.2.1高速传输能力LVDS技术的恒流源模式低摆幅输出意味着LVDS能高速驱动，例如：对于点到点的连接

3、，传输速率可达800Mbps；对于多点互连FR4背板，十块卡作为负载插入总线，传输速率可达400Mbpso1.2.2低噪声/低电磁干扰LVDS信号是低摆幅的差分信号。众所周知，差分数据传输方式比单线数据传输对共模输入噪声有更强的抵抗能力，在两条差分信号线上电流以方向及电压振幅相反，噪声以共模方式同时耦合到两条线上。而接收端只关心两信号的差值，于是噪声被抵消。由于两条信号线周的电磁场也相互抵消，故比单线信号传输电磁辐射小得多。而且，恒流源驱动模式不易产生振铃和切换尖锋信号，进一步降低了噪声。1.2.3低功耗(1)LVDS器件是用CMOS工艺实现的，这就提供了低的静态功耗；(2)负载(100Q

4、终端电阻)的功耗仅为1.2mW；(3)恒流源模式驱动设计降低系统功耗，并极大地降低了Icc的频率成分对功耗的影响。与其相比，TTL/CMOS收发器的动态功耗相对频率呈指数上升。1.2.4节省成本(1)经济的COMS工艺实现技术；(2)低成本实现高性能，对电缆、连接器和PCB材料无荷刻要求；(3)低能耗；(4)TTL/CMOS信号能被串行或混合到单个LVDS通道，减少板面、层数、接插件和电缆。另外，由于是低摆幅差分信号技术，其驱动和接收不依赖于供电电压，如5V；因此，LVDS能比较容易应用于低电压系统中，如3.3V甚至2.5V,保持同样的信号电平和性能。LVDS也易于匹配终端。无论其传输介质

5、是电缆还是PCB走线,都必须与终端匹配，以减少不希望的电磁辐射，提供最佳的信号质量。通常一个尽可能靠近接收输入端的100Q终端电阻跨在差分线上即可提供良好的匹配。目前LVDS技术在传输距离上其局限性，一般应用在20m以上。1.LVDS的典型结构目前LVDS产品产品主要有四种典型结构，是目前数据传输和交换常用的四种方式。2.1点到点结构。基本的发展和接收结构，用于两点间固定方向信号传输。2.2点到多点结构。广播式总线结构连接多个接收端到一个发送端，常用于数据分配。2.3多点到多点结构。多点互连总线使点到点之间互连降到最少，同时提供双向，半双工通讯能力，在同一时间，只能有一个发送器工作。2.4

6、矩阵开关结构。通常应用于需要非常高的信号交换通路的系统中，实现全双工通信。3.LVDS的应用了解LVDS技术的特性后，下面的问题就是如何在设计中应用好LVDS产品充分发挥其技术优点，优化系统设计。这里结合华东电子所某型号雷达系统中LVDS技术的应用来阐述用LVDS做设计的一些原则和技巧。由于在系统中有几十路接收通道和数字中频接收机，数据线近500路。如应用传统的TTL/CM0S信号用双绞线并行传输，则需近千根导线，势必造成系统和背板都很复杂，其噪声/EMI性能的保证令设计者头痛，功耗也将很大。于是笔者在系统设计中应用了LVDS串行/解串器技术（Channellink产品），将数据线压缩到几

7、十对差分线，完成了数据传输，并在多种型号雷达中成功应用。在选定了产品后，用好LVDS技术关键就在于PCB板的设计。PCB布线总的原则是：阻抗匹配是非常重要的，差分阻抗的不匹配会产生反射，会减弱信号并增加共模噪声，线路上的共模噪声将得不到差分线路磁场抵消的好处而产生电磁辐射。所以要尽量在信号离开IC后控制差分阻抗的走向，尽力保持尾端〈12mm。1.1PCB板差分布线的设计侧耦合的微带线、侧耦合的带状线、宽边的带状线都可作为