問題4：LVDS信號調研
1. LDVS信號定義
LVDS（Low-Voltage Differential Signaling ,低電壓差分信號）是美國國家半導體（National Semiconductor, NS，現TI）於1994年提出的一種信號傳輸模式的電平標准，它采用極低的電壓擺幅高速差動傳輸數據，可以實現點對點或一點對多點的連接，具有低功耗、低誤碼率、低串擾和低輻射等優點，已經被廣泛應用於串行高速數據通訊場合當，如高速背板、電纜和板到板數據傳輸與時鍾分配，以及單個PCB內的通信鏈路。
LVDS技術規范有兩個標准，即TIA（電訊工業聯盟）/EIA（電子工業聯盟）的ANSI/TIA/EIA-644標准（LVDS接口也因此稱為RS-644接口）與IEEE 1596.3標准。（紅色為現在的通用標准，IEEE好久沒更新標准了，大家不用了）
2. LDVS信號原理
通常一個簡單的點到點(point to point )LVDS的電路結構如下圖所示：
其基本優勢是結構簡單，功耗低，速度快，抗干擾能力強，能夠傳輸5-10m。最快是3.125Gb/S（這里我也很迷），不過網上說通過各半導體廠商獨有的加工，速度可以加快。（以后看看咱們板子支持多少）。
物理層原理
接口有一個驅動器和一個接收器組成，具體如下圖
通過驅動3.5mA的穩定電流電源，可在100Ω終端時，以350mV這樣非常低振幅的差動信號來高速傳送數據。（ABCD為開關，邏輯值為1時導通。）
工作流程（詳見參考資料1或6）：當A與D的邏輯值為0，B與C的邏輯值為1時，產生一個正電壓。同理，當相反的時候是為負電壓。
根據相關的收發流程，通常我們將LVDS接收器與發送器簡化成類似下圖所示（詳見參考資料6）：
LVDS的差動信號波形的具體示例如圖所示：
將兩根差動信號--正電極信號（A+）和負電極信號（B−），以1.2V的共同電壓（Voc）為中心，使2個信號間以350mV的電位差擺動。然后，用探針測定示波器的差動，會得到圖2這樣的信號波形。
3.差分信號與單端信號的區別
單端信號（參考資料3和4）
即用一根走線來傳輸信號，信號由相對於地參考平面（0V GND）的電平來確定邏輯“ L”和邏輯“ H”，例如TTL接口或CMOS接口，是單端信號。
如圖，特點就是一根信號線就可以了，其參考的基准電壓就是地，當電壓大於VH就是1（高電平）；小於VL就是0（低電平），為啥高低電平不是等於某個值而是大於/小於呢？ 這很好理解， 輸出的電壓是小范圍波動的。
優點：
走線少且簡單方便
缺點：
1.抗干擾性差；地勢差盡可能接近， 否則一端輸出低電平是0mv， 接收端卻是10mv，而VL=8mv，那就變成高電平了。
2.外部電磁干擾(EMI)是免疫性差：同上，如果外界電磁干擾使得信號線有20mv的干擾電壓， 如果VL=8mv那必然也是高電平。
3.隨着速率的提高，單端信號的上升/下級沿也變得陡峭，因此，輸出開關噪聲會導致信號產生過沖和下沖，並且當多位信號同時轉換時，還要考慮地彈（ground bounce）問題，同時，單端信號以參考地平面作為信號回流路徑，這也為Layout帶來了挑戰，由傳輸線阻抗不匹配引起的反射效應會變得非常嚴重。如圖所示，右邊的信號如果波動很快的話不好判斷閾值。
4.時序定位不准確：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。
差分信號（參考資料3）
差分信號有別於單端信號一根信號線傳輸信號然后參考GND作為高(H)、低（L）邏輯電平的參考並作為鏡像流量路徑的做法，差分傳輸在兩根傳輸線上都傳輸信號，這兩個信號的振幅相等，相位相差180度，極性相反，互為耦合。
缺點：
信號線多增加布線難度和干擾
優點：
1. 與地勢無關：信號源和信號接收器距離越遠，他們局部地的電壓值之間有差異的可能性就越大。而從差分信號恢復的信號值在很大程度上與「地」的精確值無關，而在某一范圍內便可。
2. 對外部電磁干擾(EMI)是高度免疫的：一個干擾源幾乎相同程度地影響差分信號對的每一端。既然電壓差異決定信號值，這樣將忽視在兩個導體上出現的任何同樣干擾。除了對干擾不大靈敏外，差分信號比單端信號生成的EMI還要少
3. 能夠從容精確地處理「雙極信號」：為了處理單端，單電源系統的雙極信號，我們必須在地和電源干線之間某任意電壓處(通常是中點)建立一個虛地。用高於虛地的電壓來表示正極信號，低於虛地的電壓來表示負極信號。接下來，必須把虛地正確地分布到整個系統里。而對於差分信號，不需要這樣一個虛地，這就使我們處理和傳播雙極信號有一個高真度，而無須依賴虛地的穩定性。
4. 隨着集成電路的發展和對更高數據速率的要求，低壓供電成為急需。降低供電電壓不僅減少了高密度集成電路的功率消耗，而且減少了芯片內部的散熱，有助於提高集成度。減少供電電壓和邏輯電壓擺幅的一個極好例子是低壓差分信號
差分信號相對於單端信號優勢總結
l 通信速度高達1 Gbps或以上
l 電磁輻射更低
l 抗擾度更高
l 低功耗工作
l 時序定位更准確
4. 參考資料及鏈接：
2.LVDS自學筆記 - 知乎 (zhihu.com) （不擴展快速入門看這個就行了）
3.LVDS - 低壓差分信號必知必會 - 吳川斌的博客 (mr-wu.cn)
5.LVDS Owner's Manual Design Guide, 4th Edition（用戶手冊）
6.高速數字邏輯電平（8）之LVDS差分信號深度詳解 - 陽光&技術 - 博客園 (cnblogs.com)
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