LVDS與MLVDS的區(qū)別與應用場景

差分傳輸是一種信號傳輸?shù)募夹g(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號線一根地線的做法，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號，這兩個信號的振幅相同，相位相反。在這兩根線上的傳輸?shù)男盘柧褪遣罘中盘?。信號接收端比較這兩個電壓的差值來判斷發(fā)送端發(fā)送的邏輯狀態(tài)。在電路板上，差分走線必須是等長、等寬、緊密靠近、且在同一層面的兩根線。

差分信號與傳統(tǒng)的一根信號線一根地線（即單端信號）走線的做法相比，其優(yōu)缺點分別是。
優(yōu)點：

1 抗干擾能力強。干擾噪聲一般會等值、同時的被加載到兩根信號線上，而接收端關(guān)心的只是兩信號的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。

2 能有效抑制電磁干擾（EMI）。由于兩根線靠得很近且信號幅值相等，這兩根線與地線之間的耦合電磁場的幅值也相等，同時他們的信號極性相反，按右手螺旋定則，那他們的磁力線是互相抵消的。兩根線耦合的越緊密，互相抵消的磁力線就越多。泄放到外界的電磁能量越少。

3 時序定位準確。差分信號的接收端是兩根線上的信號幅值之差發(fā)生正負跳變的點，作為判斷邏輯0/1跳變的點的。而普通單端信號以閾值電壓作為信號邏輯0/1的跳變點，受閾值電壓與信號幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號。

4 發(fā)送端電流源始終導通，消除開關(guān)噪聲帶來的尖峰（單端技術(shù)中所需要）和大電流晶體管不斷導通-關(guān)斷造成的電磁干擾EMI。

缺點：

若電路板的面積非常吃緊，單端信號可以只有一根信號線，地線走地平面，而差分信號一定要走兩根等長、等寬、緊密靠近、且在同一層面的線。這樣的情況常常發(fā)生在芯片的管腳間距很小，以至于只能穿過一根走線的情況下。

LVDS：應用最廣泛的差分技術(shù)

LVDS信號擺幅低，為350mv，對應功耗很低，速率達到3.125Gbps?？偟膩碚f，終接方法簡單、功耗和噪聲低等優(yōu)點，使得LVDS成為幾十Mbps至3Gbps、甚至更高的應用之首選。

圖1

Low Voltage Differential Signaling，是一種低擺幅的電流型差分信號技術(shù)。LVDS 驅(qū)動器級在一個始終開啟的 3.5 mA （典型值）電流源環(huán)境中運行。需通過差分對導體以不同方向重新分配電流，便可形成總線上的邏輯 1 和 0。

圖2

LVDS驅(qū)動器和接收器

由于專為點對點信號傳輸而設計，LVDS 使用的是一種簡單的端接方案。安裝在接收機輸入端的單個 100-ohm 電阻端接差分對，從而消除了反射。

由于高阻抗接收機輸入，驅(qū)動器電流源的全部電流流經(jīng)端接電阻，從而產(chǎn)生了一個 350 mV 額定值的低、差分總線電壓。該電壓在 1.2V 共模電位左右擺動，一般LVDS接收器可以承受至少±1V的驅(qū)動器與接收器之間的地的電壓變化，所以在+0.2V~+2.2V的寬共模范圍內(nèi)，接收器的閾值可以保證為100mv或更低。這個組合可提供出色的噪聲裕量，對驅(qū)動器與接收器之間的共模信號漂移的容忍度也會更好。

圖3

LVDS輸出電平

盡管低功耗、低 EMI 和高噪聲抗擾度使得 LVDS 成為高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的接口選擇，但是必須運用精心的布局技術(shù)，以避免阻抗不連續(xù)和信號時延差，否則就抵消了上述 LVDS 的好處。不管使用的LVDS傳輸媒質(zhì)是PCB線對還是電纜，都必須采取措施防止信號在媒質(zhì)終端發(fā)生反射，同時減少電磁干擾。LVDS要求使用一個與媒質(zhì)相匹配的終端電阻(100±20Ω)，該電阻終止了環(huán)流信號，應該將它盡可能靠近接收器輸入端放置。LVDS驅(qū)動器能以超過155.5Mbps的速度驅(qū)動雙絞線對，距離超過10m。

MLVDS：一種可替代RS-485的高速、短距傳輸方案

M-LVDS將LVDS延伸到用于解決多點應用中的問題，相對于同樣多點應用的RS-485和CAN技術(shù)，M-LVDS能夠以更低的功耗實現(xiàn)更高速的通信鏈路。相對于LVDS，M-LVDS驅(qū)動輸出強度更高，躍遷時間可控，共模范圍更廣且面向總線空閑條件提供故障安全接收器選項。

RS-485和MLVDS都是通過多點差分總線交換二進制數(shù)據(jù)的一種得到廣泛應用的電氣標準。兩種技術(shù)都使用了差分信號來保證低功耗、高速和出色的抗噪聲性能。

圖4

驅(qū)動器和接收器關(guān)鍵參數(shù)對比

對于要驅(qū)動信號在長電纜上傳輸?shù)那闆r，RS-485有較高的擺幅和更寬的共模輸入范圍，有助于實現(xiàn)更遠的傳輸距離。不過M-LVDS具有更高的速度，大大降低的功耗和EMI輻射。RS-485具有長距離傳輸能力，一般以電纜為傳輸介質(zhì)，而M-LVDS則更多的在背板上傳輸。兩種技術(shù)共享的一個應用是在長電纜上進行的點到點信號傳輸，100米以上推薦的是RS-485，100米以內(nèi)（一般40米以內(nèi)）更多考慮M-LVDS。

圖5

LVDS和M-LVDS共模電壓與差分輸出電壓對比

M-LVDS其實是LVDS技術(shù)的延伸，除了拓撲結(jié)構(gòu)外，將兩者進行比較。上圖顯示了LVDS和M-LVDS的差分輸出電壓和共模范圍規(guī)格。對于LVDS，在負載為100Ω的情況 下，輸出電壓擺幅|VOD|最小為250 mV、最大為450 mV。相較而言，M-LVDS驅(qū)動器強度更高，在負載為 50 Ω（兩個100 Ω的端接電阻，總線的任意一端）的情況下，最小輸出電壓擺幅|VOD|為480 mV，最大值則為650mV，所以可以解決多點應用中的問題。

圖6

LVDS和M-LVDS的接收器閾值對比

接收器閾值是一種差分電平，高于或低于此電平時，接收的信號就會算作邏輯1或邏輯0。對于LVDS，正VOD >= +100 mV 對應于邏輯1，負VOD <= ?100 mV則對應于邏輯0。對于1類M-LVDS接收器，正VOD ≥ +50 mV對應于邏輯1，負 VOD ≤ ?50 mV則對應于邏輯0。兩個電壓閾值之間是躍遷區(qū)。

圖7

部分典型LVDS和M-LVDS應用中的 電纜長度(雙絞線)與數(shù)據(jù)速率

LVDS和M-LVDS傳輸距離均受兩個主要因素的影響:傳輸介質(zhì)和數(shù)據(jù)速率。
PCB走線通常允許大約幾十厘米的傳輸距離，雙絞線電纜用于LVDS時允許大約幾米的傳輸距離，由于驅(qū)動器強度更高，M-LVDS一般能通過更長的電纜進行傳輸，允許幾十米。更高的數(shù)據(jù)速率會極大地限制傳輸距離；1Gbps下的LVDS或許只能通過1米的優(yōu)質(zhì)電纜+額外的信號調(diào)理進行傳輸，但是在100 Mbps條件下傳輸距離可能達到10米 。