lvds在通信系统背板设计中的应用

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1、LVDS在通信系统背板设计中的应用　　 摘要：介绍了LVDS技术及其在通信系统背板设计中的应用。　　关键词：通信 共模噪声　LVDS　电磁干扰　 无论是基站还是接入设备，越来越高的通信速率以及越来越大的系统需求，使得背板的总线越来越宽，背板的设计越来越复杂。因此，采用新的技术来实现这样复杂的系统，就成了必然的趋势。本文就采用LVDS(低电压差分信号)技术来设计通信系统的复杂背板进行了探讨。一、LVDS技术特性　 LVDS技术（LVDS代表低电压差分信号），是用非常低的电压摆幅（约350mv），在两条PCB走线或一对平衡电缆上，通过差分方式传输

2、数据的方法；允许信号通道数据以每秒数百兆甚至数千兆位的速率传输；低摆幅和电流模式驱动输出，产生很低的噪声，且功耗非常低。　 因为差分技术可以减少噪声的影响，就能用低的信号电压摆幅。低摆幅驱动的特性意谓着数据能被非常快的转换，而且功耗也非常小（约1.2mw）。因此，LVDS较容易应用于低电压通信系统，如3.3V甚至2.5V，从而保持同样的信号电平和性能。LVDS也易于匹配终端。无论LVDS传输介质是电缆还是PCB走线，传输介质必须与终端匹配，否则电缆或布线上的信号会反射，干扰后续信号；适当的终端匹配就减少了不希望的电磁辐射，从而提供最佳的信号质

3、量。为了防止反射，LVDS需要一个终端电阻接在电缆或PCB布线上，通常用100欧姆电阻跨在差分信号线上。　 LVDS器件是用CMOS工艺实现的，这样就能提供低的静态功耗。除了负载上的功耗和静态Icc电流外,LVDS还通过其电流模式驱动设计降低系统功耗。这个设计极大地减低了Icc的频率成份影响。然而，TTL/CMOS收发器的动态功耗对于频率呈指数上升。二、LVDS四种典型结构　 1.点到点结构。LVDS发送和接收常采用点到点结构，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）。这种广播式结构连接多个接收端到一个发送端。

4、常用于背板数据分配。其数据率从DC到数百兆bps，而且能传到几十米远的距离。在没有中心交换卡或交换芯片情况下，这种总线结构可以向接收器方向逐级延伸，这种延伸的结果将导致背板上的互连减少（连接器脚数减少，背板上PCB布线条数更少），甚至在许多应用场合，PCB板的层数可以减少。（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布线路径和连接器脚数），同时提供双向、半双工通信能力。对于这种结构而言，同一时间只能有一个发送器在工作，因而发送的优先权以及总线仲裁协议，都需要依据不同的应用场合、选用不同的软件协议和硬件方案。

5、4矩阵开关结构用。卡在需要非常高的信号交换的背板应用系统中，矩阵开关结构总线常被采用。通过矩阵开关的控制，在同一时间可以有多个发送器工作，从而完成全双工通信。三、常用LVDS产品　 1、总线LVDS。在一些大的数据通信和电信系统中，构造一个非常大的高速的背板是必需的。通常，背板的大小尺寸和其最大速度是相反的关系。换言之，如果将背板做得太大，这些重负载将严重妨碍背板的速度，而且使功耗及噪声成为大问题。因此，在这方面使用LVDS技术是最理想的解决方法。　 总线LVDS是LVDS线路发送和接收器系列的扩展，它们被特殊地设计为背板上多点通信的应用场合

6、，这时总线两端都终接电阻。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欧姆范围的负载。总线LVDS发送器提供约10mA的输出电流，因而它们提供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块卡作为负载插入总线，传输速度为155Mbps。　　．多点互连结构FR4背板，10块卡作为负载插入总线，传输速度为400Mbps。　　．运用总线LVDS时钟缓冲器，可以得到极好的66MHz时钟信号。　　．对于点到点的连接，传输速度可达到80

7、0Mbps。　 2、串行/解串器。它们吸收了LVDS的优点（高速及低功耗、低噪声、低成本）及其串行化更加减小了电缆、连接器及PCB的尺寸及成本。它对于高速数据总线的扩充是非常理想的解决方案，不需要任何协议来支持。四、LVDS背板设计技巧　 PCB板布线总的原则：阻抗匹配是非常重要的，差分阻抗的不匹配会产生反射，这就会减弱信号而且也会增加共模噪声。线路上的共模噪声将产生EMI。要尽量在信号离开IC后控制差分阻抗的走线，尽力保持尾端在＜12mm的范围。另外，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

8、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背板设计建议　　1．PCB板的设计　 a）最少用4层PCB板，即LVDS信号、地、电源、T