LVDS接口又稱RS-644總線接口，是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)傳輸和接口技術(shù)。LVDS是一種小振幅差分信號(hào)技術(shù)，使用非常低的幅度信號(hào)(約350 mV)，它通過一對(duì)差分PCB走線或平衡電纜來傳輸數(shù)據(jù)。其單個(gè)信道傳輸速率可達(dá)到每秒數(shù)百兆比特。其特有的低振幅及恒流源驅(qū)動(dòng)方式只產(chǎn)生極低的噪聲，且其功耗非常小。其傳輸介質(zhì)可以是銅質(zhì)的PCB連線，也可以是平衡電纜。

LVDS技術(shù)和其它接口相比。有著很大的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：

(1)高速率

由于LVDS邏輯狀態(tài)間的電壓變化僅為300mV，因而能非?？斓馗淖儬顟B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高速率。

(2)低功耗

隨著工作頻率的增加，LVDS的電源電流仍保持平坦，而CMOS和TTL技術(shù)的電源電流則會(huì)隨頻率增加而指數(shù)上升，這得益于使用恒流線路驅(qū)動(dòng)器。LVDS的電流源可把輸出電流限制到約3.5mA，同時(shí)也能限制跳變期間產(chǎn)生的任何尖峰電流。這樣，在得到高達(dá)1.5 Gbps的高數(shù)據(jù)率的同時(shí)卻不明顯增加功耗。恒流驅(qū)動(dòng)輸出還能容忍傳輸線的短路或接地而不會(huì)產(chǎn)生熱問題。由于LVDS降低了終端電阻壓降，因此也降低了電路的總功耗。

(3)噪聲性能好

LVDS產(chǎn)生的電磁干擾很低，這是因?yàn)椴捎昧说碗妷簲[幅、低邊沿速率、奇模式差分信號(hào)、恒流驅(qū)動(dòng)器的原因。其Icc尖峰只產(chǎn)生很低的輻射。通過減小電壓擺幅和電流能量，LVDS可把場(chǎng)強(qiáng)減到了最小;其差分驅(qū)動(dòng)器還引入了奇模式傳輸，即等量方向相反的電流分別在傳輸線上傳輸。以形成電流環(huán)路。從而使電流回路產(chǎn)生最低的電磁干擾;在差分信號(hào)的傳輸中，由于差分接收器只響應(yīng)正負(fù)輸入之差，因此當(dāng)噪聲同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)輸入中時(shí)，其差分信號(hào)的幅度并不受影響。

(4)具有故障安全(fail-safe)特性

由于恒流式驅(qū)動(dòng)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成任何損害，所以，LVDS驅(qū)動(dòng)器可以帶電插拔。LVDS的另一特點(diǎn)是接收器的故障保護(hù)功能，LVDS接收器在內(nèi)部提供了可靠性線路。故可保證在接收器輸入懸空、短路以及接收器輸入處于驅(qū)動(dòng)器三態(tài)輸出或驅(qū)動(dòng)器供電終止等情況下的可靠輸出(約定為“1”)，從而防止輸出產(chǎn)生振蕩。

(5)集成能力強(qiáng)

由于可在標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝中實(shí)現(xiàn)高速LVDS，故采用LVDS模擬電路集成復(fù)雜的數(shù)字功能是非常有利的。

基于LVDS技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn)。面向LVDS的電路模塊越來越多。本文的LVDS串行器/解串器MAX9205/MAX9206就是其中最典型的一對(duì)器件。

2 、MAX9205和MAX9206概述

MAX9205和MAX9206是美信公司推出的一組差分信號(hào)芯片組。其中MAX9205可將1O位并行COM數(shù)據(jù)或TTL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成具有內(nèi)嵌時(shí)鐘的高速串行數(shù)據(jù)流;MAX9206則是可接收該串行數(shù)據(jù)流并將它們轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)的解串器。同時(shí)又可以重建并行時(shí)鐘。該器件組進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采用的是內(nèi)嵌時(shí)鐘，這樣就可有效的解決由于時(shí)鐘與數(shù)據(jù)的不嚴(yán)格同步而制約高速傳輸?shù)钠款i問題。MAX9205/MAX9206的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)用方法如圖1所示。

2.1 MAX9205和MAX9206的工作原理

MAX9205 LVDS串行器和MAX9206 LVDS解串器能夠通過差分特性阻抗為100 Ω的串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路來傳輸高速數(shù)據(jù)。MAX9205和MAX9206的并行時(shí)鐘頻率范圍為16～40 MHz。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時(shí)候，串行器元件內(nèi)部將自動(dòng)加上兩個(gè)數(shù)據(jù)位，即在并行送入的10位數(shù)據(jù)中加上一個(gè)起始位(1)和一個(gè)終止位(0)，這樣，串行器輸出就形成了一個(gè)12位的串行數(shù)據(jù)流，而解串器在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)，則根據(jù)接收數(shù)據(jù)終止位和起始位之間的上升沿來恢復(fù)并行時(shí)鐘頻率。

2.2 MAX9205/MAX9206的工作模式

MAX9205和MAX9206具有初始化、同步模式、數(shù)據(jù)傳輸模式和節(jié)電模式這四種工作狀態(tài).現(xiàn)分別介紹如下：

(1)初始化

上電后，各個(gè)管腳的輸出為高阻狀態(tài).之后啟動(dòng)鎖相環(huán)工作并跟隨本地時(shí)鐘，一旦鎖存時(shí)鐘信號(hào)后，就可以準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)。

(2)同步模式

MAX9205具有兩個(gè)同步模式選擇位SYNC1和SYNC2，初始化之后就可以根據(jù)這兩位的狀態(tài)來決定芯片是進(jìn)行同步模式還是數(shù)據(jù)傳輸模式。當(dāng)兩者之中有一個(gè)管腳持續(xù)6個(gè)周期的高狀態(tài)后.芯片就會(huì)傳輸1024個(gè)周期的同步信號(hào)。同步信號(hào)是由6個(gè)連續(xù)的0和6個(gè)連續(xù)的1組成的串行數(shù)據(jù)流。

(3)數(shù)據(jù)傳輸模式

初始化完成后，若同步管腳都為0。則進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此時(shí)串行器用TCLK端選通輸入數(shù)據(jù)并存入10位輸入鎖存器。發(fā)送時(shí)從中取出數(shù)據(jù)，再加上作為內(nèi)嵌時(shí)鐘的起始位(1)和終止位(0)各一位，將總共12位數(shù)據(jù)順序發(fā)送至串行差分端口，然后由解串器將接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為10位并行數(shù)據(jù)并存入輸出鎖存器，同時(shí)從內(nèi)嵌時(shí)鐘中恢復(fù)并重建并行時(shí)鐘，并以此時(shí)鐘來選通輸出鎖存器及輸出數(shù)據(jù)。

(4)節(jié)電模式

串行器和解串器均可以工作在節(jié)電模式。當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可以通過設(shè)置管腳pwden將芯片置于節(jié)電模式。這時(shí)鎖相環(huán)停止工作，輸出為三態(tài)，電流也降低到幾個(gè)毫安。

3 、遠(yuǎn)端高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在高速遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)傳輸中，信號(hào)的傳輸質(zhì)量是整個(gè)系統(tǒng)功效的一個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，由于高頻率信號(hào)的變換較快，加上外部噪聲和傳輸線路的衰減以及器件本身的限制等影響，高速數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直是工程上的一個(gè)難題。綜合考慮這些因素，本系統(tǒng)采用串行器/解串器的方法來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸設(shè)計(jì)。