LVDS：低电压差分信号电平标准解析
1. 概述
LVDS（Low Voltage Differential Signaling，低电压差分信号）是一种基于差分传输原理的低摆幅信号技术标准。其核心特征在于利用一对匹配的线路（差分线对）传输相位相反、幅度相等的信号，接收端通过检测两者间的电压差判别逻辑状态。该技术显著优势在于：
高速传输： 支持从155 Mbps至数千兆比特每秒（Gbps）的传输速率，典型应用范围可达2 Gbps以上。
低功耗： 采用恒定电流源驱动，静态功耗极低（典型值约1.2mW），且功耗基本不随频率升高而增加。
低噪声与高抗扰： 低压摆幅（典型值250-450mV）结合差分传输特性，有效抑制共模噪声干扰并大幅降低电磁辐射（EMI）。
低摆幅： 信号电压变化幅度小，有利于提升开关速度和降低功耗。
2. 标准定义
LVDS的核心电气规范由国际标准组织明确定义：
ANSI/TIA/EIA-644： 定义了LVDS的物理层电气接口标准。该标准推荐的最大数据传输速率为655 Mbps，同时指出其理论极限速率可达1.923 Gbps。
IEEE： 在多个相关标准（如LVDS物理层常用于高速接口标准如IEEE 1394b、Camera Link等）中引用和应用了LVDS技术。
3. LVDS传输系统构成
一个完整的LVDS信号传输链路包含三个关键组件：
差分信号发送器 (Driver)： 功能为将输入的单端信号（如TTL、CMOS电平）转换为满足LVDS电气规范的差分信号。通常由专用集成电路实现。
差分信号传输介质 (Interconnect)： 由承载差分信号的物理通道构成，常见形式包括PCB差分走线对或平衡屏蔽电缆。在传输链路的终端，需配置匹配电阻（标准值为100Ω，实际应用中可在100Ω至120Ω范围内选择）以消除信号反射，保证信号完整性。
差分信号接收器 (Receiver)： 功能为检测差分线上的电压差，并将其还原为标准的单端逻辑电平信号（如TTL、CMOS）。同样由专用集成电路实现。
4. LVDS电平电气特性详解
LVDS接口的电气特性是其优越性能的基础：
偏置电压： 通常采用约1.2V的共模电压作为基准。
信号摆幅： 差分信号的峰峰值电压摆幅（VOD）在250mV至450mV之间。产生原理如下：
驱动器采用恒流源（典型值3.5mA）驱动差分线对。
接收器呈现高输入阻抗。
驱动电流主要流经终端匹配电阻（RTerm）。
差分电压计算：VOD = I_Output * RTerm
典型值：3.5mA * 100Ω = 350mV
上限值：3.5mA * 120Ω ≈ 420mV
逻辑判定： 接收器通过判别差分电压的极性来识别逻辑状态：
驱动器输出电流正向流经匹配电阻（如从Driver+流入，Driver-流出）产生正差分电压，对应于逻辑“1”。
驱动器输出电流反向流经匹配电阻产生负差分电压，对应于逻辑“0”。
功耗特性：
典型功耗可计算为 P = I_Output * VOD (典型值：3.5mA * 350mV ≈ 1.2mW)。
由于采用恒流源驱动，功耗基本保持恒定，不受传输频率变化的显著影响。
5. 核心优势总结
卓越的高速性能： 支持数百Mbps至数Gbps的高速数据传输，广泛应用于高速串行接口（如PCIe, SATA辅助信道）、视频接口（如FPD-Link）、背板通信等领域。
极致功耗效率： 在同等速率的高速逻辑电平中，LVDS具有显著的功耗优势。
优异的信号完整性： 差分传输机制提供强大的共模噪声抑制（CMR）能力，低摆幅特性有效降低EMI。
设计适用性广： 特别适用于点对点或点对多点的板级高速互连应用场景（例如SPI4.2等并行总线物理层接口）。
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