差分信号在通信传输中应用.docVIP

Differential SignalingWhat and WHY?下面这一节将解释什么是差分信号传输技术，为何应用差分信号，以及它的一些好处。What is Differential Signaling? 本人专制贱人，资料共享，完全免费，绝不收费。差分信号利用两根导线来传输数据。在这次讲座中，我们将主要讨论低压差分信号（LVDS）技术，以后还将更为详细的讨论它。我们还将讨论已得到应用的其他几种差分技术。LVDS 驱动器一般为电流驱动器，在接收一侧则一般是简单的 100 欧姆无源端接器。在正引线上，电流正向流动，负引线构成电流的返回通路。接收器仅仅给出A和B 线上的信号差。A 和 B 线共有的噪声或者信号将被抑制掉。高速传输已经是一个实际的需求，这一需求每年以惊人的速度增长。随着处理器变得越来越快，总线速度必须相应提升以满足其要求。随着速度的增加，时间裕度相应减少 — 于是出现了对高性能接口装置的需求。还记得只能看到文字信息的年代吗？今天你可以在每封 email 中看到图标、图像以及大把大把的各种附件 — 于是，台式机通过数据网和电信网的连接，推动了对带宽的需求的增长。这张幻灯片示出了信号摆幅变小以及向差分信号转移的趋势。一般，当信号摆幅减小时，噪声裕度也相应降低。然而，LVDS 就不是这种情况，即使它的信号摆幅小于 BTL 或者 GTL 。它可以实现更大的信号裕度。这就是差分信号所带来的好处。TTL/CMOS 逻辑或者摆幅更小的技术（BTL 和 GTL）在底板中的使用，是当前设计工程师们一个共同的选择，但是它们提供的对噪声的抗扰性都达不到 LVDS 信号所具备的水平，消耗的功率过大，端接复杂，而且不易升级。速度——信号的转换时间就是你能达到的速度的极限。更高的信号摆幅将需要花更长的时间才能完成转换。一个提高速度的办法就是缩短转换时间，但由于噪声、串扰和功率方面的原因，那是不现实的。为了提高速度，LVDS 通过降低信号摆幅来加快转换过程。更短的转换时间，并不会增加串扰、EMI 和功耗，因为信号摆幅大大减小了。一般来说，这减小了噪声裕度，但 LVDS 可以利用其差分传输方式来解决这个问题，在该方案中，信－噪比得以大大提高。上图通过一个只有大信号 1/10 的小信号进行了说明，在相同的 dv/dt 条件下，速度可以提高 7x 以上。但这还不是全部，由于信号小，可以通过提高 dv/dt，达到更高的速度。由于信号摆幅小，LVDS 可以获得速度上的优势……而这有助于获得其他方面的好处，如功耗和噪声等。低压差分信令技术在标准 ANSI/TIA/EIA-644-A-2001（这是过去的 ANSI/TIA/EIA-644 的一个修订本） 中得到了详细的说明和规定。该标准只规定了 LVDS 信号电平 — 传输介质和应用都由用户来决定，这一点使得 LVDS 在种类繁多的各种应用中大有用武之地。事实上，许多系统标准都以 LVDS 作为收发信号格式。TIA 版本是一种一般性的标准，仅规定了驱动器的输出端和接收器输入端的特性。它的目的是为其他的标准所引用，而由这些标准来定义整个接口，包括协议、连接器和媒质，如 SPWG（Standard Panels Working Group）组织制定的针对笔记本电脑的 Camera Link 标准或者 FPD 接口标准。LVDS 在很多特定应用中使用。IEEE 标准则定义了针对 SCI（Scaleable Coherent Interface）应用的 LVDS，在测试、条件和限制方面实现了多样化。这更倾向于具体的垂直应用，但从概念上来说，它们是相同的。LVDS 是一种电流环路信令技术，其电流流动的方向（顺时针或者逆时针）决定了逻辑电平（高或低）。线对中一根线上的电流为 3.5 mA ，从另一根线上返回。端接电阻两端将产生电压（约为 +/-3.5 mA x 100? = +/-350 mV ）。接收机是差分比较器，对该电压的极性进行测量，正电压对应于逻辑高而负电压对应于逻辑低。LVDS 的小摆幅和差分的本质使得它成为一种高速、低噪声和低功耗的技术。恒定而小的输出电流降低了电源/地线噪声，由于信号线对中的电流与电流环路是紧密耦合在一起的，发射的电磁场实现相互抵消，从而减少EMI。这幅简化的图片说明了低压、差分信号技术是如何工作的。电流流过端接电阻，接收装置对电阻两端的电压进行解读。接收机将根据电阻两端的电压发出满幅的 CMOS/TTL 1或0电平。连接线应该被视为传输线——距离越增加，对其应愈加关注。由于 LVDS 在本质上属于低电压信，而且有潜在的 EMI 问题，因此，该技术主要适用于几米之内的短距传输。不过由于这种传输方式是差分的，在采用共模抑制技术后，其信号能耐受大量干扰的影响。另一个主要的优点，则来自于其低