LVDS信号原理及相关介绍 2013年7月2日

背光模组工厂PE部产品信息组LVDS信号原理及相关介绍背光模组工厂/李明收集背光模组工厂PE部产品信息组目录一：简述二:LVDS信号介绍三：LVDS工作原理四：LVDS信号Vid的技术要求和测试方法五：实际应用中常见问题六：时序设置七：配屏软件设置一、简述：LVDS：LowVoltageDifferentialSignaling，低电压差分信号；20世纪90年代在美国NS公司（美国半导体公司）提出的一种数据传输的接口技术，即LVDS接口传输数据，这种技术的核心是采用极低的电压摆幅高速差动传输数据，可以实现点对点或一点对多点的连接，具有低功耗、低误码率、低串扰和低辐射等特点，其传输介质可以是铜质的PCB连线，也可以是平衡电缆，LVDS在对信号完整性、低抖动及共模特性要求较高的系统中得到了越来越广泛的应用。液晶电视（包括液晶显示器）驱动输出的信号中，除了包括RGB数据信号外，还包括行同步、场同步、像素、时钟等等信号，其中像素、时钟信号的最高频率可超过28MHz，信号接口主要有两种方式，早期的屏主要是TTL电平信号接口，后期的屏主要是LVDS低电压差分信号接口；TTL电平信号接口的特点是：R、G、B三组数字信号输入方式，信号电平较高，数据传输速率不高，传输距离较短，且抗电磁干扰（EMI）能力也比较差，会对R、G、B数据造成一定的影响，另外，TTL多路数据信号采用排线的方式来传送，整个排线数量达几十路，不但连接不便，而且不适合超薄化的趋势；二、LVDS信号介绍：LVDS低电压差分接口的特点是：以8-bit屏为例，有5组传输线（包括：4组是数据线及1组是时钟信号），对应在Panel一端有5组接收线；如果是6-bit屏则只有3组数据线和1组时钟线；每组线中的信号分别为正、负极性信号，信号板到屏的连接线每组线呈绞线状，信号幅度只有1伏多，EMI辐射小，差分对信号抗干扰能力强，因此现在基本都为LVDS接口的方式，实现了数据的高速率、低噪声、远距离、高准确度的传输，可以克服TTL电平方式传输宽带高码率数据时功耗大、EMI电磁干扰大等缺点而研制的一种数字视频信号传输方式。LVDS传输支持速率一般在155Mbps（大约为77MHZ）以上；LVDS是一种低摆幅差分信号技术，它使得信号能在差分PCB线对平衡电缆上以几百Mbps的速率传输，其低电压和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗；IEEE（美国电子、电气工程师协会）在两个标准中对LVDS信号进行了定义，推荐最大速率为655Mbps，理论极限速率为1.923Mbps；LVDS低电压差分信号是一种高速串行信号传输电平，由于它传输速度快，功耗低，抗干扰能力强，传输距离远，易于匹配等优点，迅速得到诸多芯片制造厂商和应用商的青睐；三、LVDS工作原理：1、LVDS信号传输组成:LVDS信号传输由三部分组成：差分信号发送器、差分信号互联器、差分信号接收器；差分信号发送器：将非平衡传输的TTL电平信号转换成平衡传输的LVDS差分信号，通常由一个IC来完成；差分信号接收器：将平衡传输的LVDS差分信号转换成非平衡传输的TTL电平信号，通常由一个IC来完成；差分信号互联器：包括联接线（电缆或者PCB走线），终端匹配电阻。按照IEEE规定，电阻为100欧，我们通常选择为100欧或120欧。TTL电平的定义：电路的第一代是电子管，第二代是晶体管（TransistorTransistorLogic），由于集成电路发展迅猛，各大厂商竞相出台自己的电平标准，导致各芯片之间的连接出现一些接口电路，这也导致额外的浪费，后来才统一了晶体管集成电路的端口电平范围；TTL电平规定范围：电平是个电压范围，规定输出高电平2.4V,输出低电平0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平=2.0V，输入低电平=0.8V，噪声容限是0.4V。最基本的LVDS器件就是LVDS驱动器和接收器。LVDS的驱动器由驱动差分线对的电流源组成，电流通常为3.5mA。LVDS接收器具有很高的输入阻抗，因此驱动器输出的大部分电流都流过100Ω的匹配电阻，并在接收器的输入端产生大约350mV的电压。当驱动器翻转时，它改变流经电阻的电流方向，因此产生有效的逻辑“1”和逻辑“0”状态。由逻辑“0”电平变化到逻辑“1”电平是需要时间的。由于LVDS信号物理电平变化在0.85――1.55V之间，其由逻辑“0”电平到逻辑“1”电平变化的时间比TTL电平要快得多，所以LVDS更适合用来传输高速变化信号。其低压特点，功耗也低。下图为LVDS与PECL（光收发器使用的电平）电平变化：2、LVDS信号电平特性：LVDS物理接口使用1.2V偏置电压作为基准，提供大约400mV摆幅。LVDS驱动器由一个驱动差分线对的电流源组成（通常电流为3.5mA），LVDS接收器具有很高的输入阻抗，因此驱动器输出的电流大部分都流过100Ω的匹配电阻，并在接收器的输入端产生大约350mV的电压；电流源为恒流特性，终端电阻在100――120欧姆之间，则电压摆动幅度为：3.5mA*100=350mV；3.5mA*120=420mV。低摆幅（约为350mV）。低电流驱动模式意味着可实现高速传输。ANSI/TIA/EIA644建议了655Mb/s的最大速率和1.923Gb/s的无失真通道上的理论极限速率；低压摆幅。恒流源电流驱动，把输出电流限制到约为3.5mA左右，使跳变期间的尖峰干扰最小，因而产生的功耗非常小。这允许集成电路密度的进一步提高，即提高了PCB板的效能，减少了成本；具有相对较慢的边缘速率（dV/dt约为0.300V/0.3ns,即为1V/ns）,同时采用差分传输形式，使其信号噪声和EMI都大为减少，同时也具有较强的抗干扰能力；所以，LVDS具有高速、超低功耗、低噪声和低成本的优良特性。3、差分信号抗噪特性：从差分信号传输线路上可以看出，若是理想状况，线路没有干扰时，在发送侧，可以形象理解为：噪声被抑止掉。上述可以形象理解差分方式抑止噪声的能力。在实际芯片中，是在噪声容限内，采用“比较”及“量化”来处理的。LVDS接收器可以承受至少±1V的驱动器与接收器之间的地的电压变化。由于LVDS驱动器典型的偏置电压为+1.2V，地的电压变化、驱动器偏置电压以及轻度耦合到的噪声之和，在接收器的输入端相对于接收器的地是共模电压。这个共模范围是：+0.2V～+2.2V。建议接收器的输入电压范围为：0V～+2.4V。抑止共模噪声是DS（差分信号）的共同特性，采用差分平衡传输，由于其电平幅度大，更不容易受干扰，适合工业现场不太恶劣环境下通讯。四、LVDS信号Vid的技术要求和测试方法：五、实际应用中常见问题：1、PCB走线要求：2、PCB过孔要求：一般原则：对于高速信号，尽量减少过孔；信号速度低于155Mbps，使用过孔也无妨；对于表面贴片器件，其管脚的LVDS信号走线在PCB表层或者底层，尽量使用“微带布线”方式，避免使用过孔联接信号；对于插件器件，由于不使用过孔，其信号线本就可以联接到PCB的“中间层”，这样一来，尽量使用“带状走线”，其性能更好。六、时序设置：1、时序要求：不同品牌/供应商、不同尺寸的屏时序均不尽相同，举例：2、时序异常的影响：屏参信息中比较重要的设定有如下几个：1.屏上电时序;BYTEm_PANEL_ON_TIMING1//timebetweenpanel&datawhileturnonpowerBYTEm_ucPanelOnTiming2;//timebetweendata&backlightwhileturnonpowerBYTEm_ucPanelOffTiming1;//timebetweenbacklight&datawhileturnoffpowerBYTEm_ucPanelOffTiming2;//timebetweendata&panelwhileturnoffpower2.屏的Porch信息。设置不当时会出现黑屏;3.屏的Clock范围，设置不当时，屏有可能会出现拉丝现象;4.屏的TI模式及屏的TIBit模式，如果配置不正确会出现花屏;5.屏的PWM频率设定。七、配屏软件设置：背光模组工厂PE部产品信息组