低电压差分信号传输(LVDS)在汽车电子中的应用
LVDS基础介绍
LVDS基础介绍LVDS全称为Low Voltage Differential Signaling，即低电压差分信号传输技术。
LVDS技术是一种高速、低功耗、低电压、抗干扰能力强的数字信号传输技术，在工业控制、通信、嵌入式系统等领域得到广泛应用。
LVDS技术通过差分信号传输，实现了高速数据传输和抗干扰能力强的优势，成为现代数字信号传输中的重要一环。
LVDS技术的基本原理是通过发送器将输入信号差分化，即将高电平信号与低电平信号之间的电压差作为一个二进制信号进行传输，在接收端通过接收器将差分信号还原为数字信号。
这种差分信号传输方式相对于单端信号传输方式具有更好的抗干扰性能和传输距离更远的优势，能够有效解决高速信号传输过程中信号失真、电磁干扰等问题。
LVDS技术最早由National Semiconductor公司于1994年推出，目前已经成为业界通用的一种高速串行数字信号传输标准。
LVDS技术的主要特点包括以下几个方面：1.低电压：LVDS信号的电压范围通常为250mV至450mV，比传统的TTL或CMOS信号的电压范围低很多。
这种低电压特性能够节约系统功耗并减少传输线上的串扰和辐射。
2. 高速传输：LVDS技术支持高达1Gbps以上的数据传输速率，能够满足各种高速数据传输应用的需求，如高清视频传输、高速通信等。
3.差分传输：LVDS技术采用差分信号传输方式，具有高抗干扰能力和抗噪声性能，能够有效减少传输过程中的信号失真和干扰。
4.高速时钟：LVDS信号的传输速率受限于时钟频率，因此需要稳定的时钟源来保证数据传输的准确性。
5.简单布线：LVDS信号只需要两条差分信号线和一条共地线即可进行传输，相对于平衡信号传输方式布线更加简单。
LVDS技术主要应用于以下几个领域：1. 高速数据传输：LVDS技术在高速数据传输领域具有明显的优势，能够支持1Gbps以上的数据传输速率，广泛应用于高性能计算、高清视频传输、数据存储等领域。
LVDS信号的工作原理和特点
LVDS信号的工作原理和特点LVDS（Low Voltage Differential Signaling）是一种低电压差动信号传输技术，常用于高速数据传输领域。
它具有独特的工作原理和特点，本文将详细介绍LVDS 信号的工作原理和特点。
一、LVDS信号的工作原理1.1 差动信号传输：LVDS信号通过两个相反的电压信号传输数据，其中一个信号是另一个信号的反相。
这种差动信号传输方式可以有效抑制共模干扰，提高信号的抗干扰能力。
1.2 低电压驱动：LVDS信号采用低电压驱动，通常为1.2V左右，相比于传统的单端信号传输技术，LVDS信号具有更低的功耗和更小的电磁辐射。
1.3 高速数据传输：LVDS信号可以实现高速数据传输，通常速率可达数百兆每秒甚至更高，适用于需要高速数据传输的应用场景。
二、LVDS信号的特点2.1 低功耗：LVDS信号采用低电压驱动和差动信号传输方式，具有较低的功耗，适用于对功耗要求较高的系统设计。
2.2 抗干扰能力强：由于LVDS信号采用差动信号传输方式，可以有效抑制共模干扰，提高信号的抗干扰能力，适用于电磁环境较差的场合。
2.3 高速数据传输：LVDS信号具有高速数据传输的特点，速率高、传输稳定，适用于对数据传输速率要求较高的应用场景。
三、LVDS信号在应用中的优势3.1 高清视频传输：LVDS信号广泛应用于高清视频传输领域，可以实现高清视频信号的稳定传输，保证视频画质的清晰度和稳定性。
3.2 工业控制领域：LVDS信号在工业控制领域也有广泛应用，其低功耗、抗干扰能力强的特点使其适用于工业环境中对稳定性和可靠性要求较高的系统设计。
3.3 数据通信领域：LVDS信号在数据通信领域也有一定应用，其高速数据传输的特点使其适用于对数据传输速率要求较高的通信系统设计。
四、LVDS信号的发展趋势4.1 高速化：随着数据传输速率的不断提高，LVDS信号的高速化发展趋势将更加明显，适用于对数据传输速率要求极高的领域。
LVDS原理及应用
LVDS原理及应用设计高速电路的开发人员对差分线并不陌生，在本章中提到的高速数据通信接口应用的信号线是由差分对组成的，前面几节是从逻辑的角度来说明高速数据通信接口应用。
为了让读者更加熟悉高速通信并行接口的差分对信号设计技术，本节从信号的物理特性角度及其PCB设计来说明高速通信并行接口的差分对信号LVDS(Low V oltage Differential Signaling)的原理及应用。
(1)信号传输的种类通常认为，信号传输有3种模式，即单端模式、共模模式和差分模式。
单端模式通过一根连接驱动器和接收器的“线”由驱动器传输到接收器，然后通过“地平面”返回；共模模式由单端或多对差分线组成，信号通过返回路径或差分线传输，它通常是耦合到近端或远端信号源噪声的起因。
因此它能干扰我们的电路，是EMI重要来源；差分模式由连接驱动器和接收器的一对极性相反的“线”组成，这对线称为“差分对”，即LVDS。
差分对的传输利用两个输出驱动来驱动两条传输线，一条携带信号：另一条携带它的互补信号。
所需的信号就是两条传输线上的电压差，它携带要传输的信号信息。
(2)LVDS的优缺点LVDS的优点一是抗干扰能力强，由于是差分对，所以这对“线”会耦合得很好。
当外界有干扰、串扰或不连续的返回平面时，是同时影响到这差分对的，所以相当于不影响；二是EMI影响小，主要原因是差分对的极性相反，到达到差分对的电磁场可以互相抵消；三是开关噪声影响小，主要原因是每个信号都有各自的返回平面，所以信号通过接插件或封装时不易受到开关噪声的影响；四是信号的接收能力强。
在高噪声的情况下，由于信号是由差分对的差值决定，信号的值相当于单端信号的2倍，有放大信号的作用，所以在低信号电平的应用中接收能力显得非常优秀。
LVDS一个最明显的缺点是多用了一根信号线，占用了多于两倍单端“线”的PCB面积；另一个缺点是设计复杂，需要在设计前了解许多设计规则。
(3)LVDS的常用DC参数在LVDS中采用两个输出引脚来驱动1位的信号每个信号电压范围为1.125V～1.375V，并且各驱动一条传输线。
NS推出全新低电压差分信号传输(LVDS )2x2交叉开关
NS推出全新低电压差分信号传输(LVDS )2x2交叉开关美国国家半导体公司（National Semiconductor Corporation）宣布推出一系列全新的达到汽车应用等级的低电压差分信号传输（LVDS ）2x2交叉开关交叉开关，具备高达3.125Gbps的数据率。
该系列PowerWise 交叉开关的每通道功耗仅为105mW，符合美国国家半导体PowerWise标准，搭配美国国家半导体的LVDS驱动器和接收器，可以极大地节省功耗及降低散热量。
特别适用于车载娱乐信息系统、仪表板显示器、GPS定位导航系统、以及后部/车道辅助泊车摄影预警系统。
美国国家半导体LVDS系列芯片经认证符合汽车电子设备委员会（AEC）制定的AEC-Q100标准。
作为稳定可靠的差分信号传输技术，LVDS非常适合用于车载电子系统，不仅具有功耗低，带宽高，电磁辐射少等特点，而且宽广的共模电压范围和差分信号使它具有不易受噪声干扰的特点，同时具有电磁辐射少（EMI）及抗噪音能力，因为许多汽车的重要装置，如引燃系统、传动管理、娱乐信息系统及安全装置都已改用电子系统控制。
新推出的LVDS系列芯片共有8款，包括3款2x2交叉开关、一组单/双通道差分驱动器差分驱动器和接收器，以及一对双通道的驱动器及接收器。
所有芯片都符合AEC-Q100第3级标准的规定，并保证可在高达摄氏85度的温度下正常工作：PowerWise DS25CP102Q 2x2 LVDS交叉开关抖动性能（6ps 典型值，3.125Gbps传输率传输率）。
此外，这款交叉点开关电路还提供发送端预加重及接收端均衡两种功能可供选择，以延长信号通过电缆或FR-4 底板的传送距离。
该芯片采用16引脚的 LLP 封装。
PowerWise DS25CP152Q 2x2 LVDS 交叉开关无信号调整功能调整功能，但仍具有业界领先的抖动性能，且数据传输率高达3.125Gbps.该芯片采用16引脚的LLP封装。
汽车视频应用中的LVDS数据格式和接口电路
汽车视频应用中的LVDS数据格式和接口电路在新型应用中，信号格式变幻最快的是视频。
几年以前，车载设备中的视频显示还仅限于导航系统的小尺寸显示屏，确切地说，它只是一个导航装置，有些豪华型汽车借助同一播放电视信号。
视频信号从电视接收机到显示器输出需要传输相当长的距离，图像格式是被称为复合视频基带信号(CVBS)的模拟信号。
近几年，随着汽车电子技术的进展，对视频源、显示设备和视频传输线的讨论开发取得了很大发展。
例如，将导航显示器与电子系统分别开，使显示器可以安装在便于驾驶者观看的位置。
这种分别需要增强视频传输线。
此外，如今汽车上安装了越来越多的显示设备，包括用于显示速度、转速、汽车状态的电子仪表盘，以及后排座多媒体播放器(乘客能够观察电视或DVD等)。
各个显示器都需要视频传输线。
新一代汽车还可能配置各种摄像机用于辅助驾驶，例如后视镜摄像机、夜视镜以及路标识别摄像机，而每个摄像机都需要通过视频传输线衔接到显示设备。
车体内部快速增强的传输线，特殊是这些传输线越来越长，使得模拟CVBS信号的传输十分困难。
这些信号格式不能承受汽车的电磁干扰。
此外，大屏幕显示与越来越高的辨别率进一步加剧了视频干扰(如多径干扰)。
图1：第一代LVDS有8路输出，可利用LVDS发送/接收器衔接导航显示屏。
减小视频干扰的一种计划是用数字信号取代模拟信号，视频信号线本身不能产生干扰。
现已证实，低压差分信号(LVDS)能够为数字视频传输提供最合理的衔接。
小信号幅度(0.35V)、差分结构使LVDS传输线具有最小的电磁辐射。
第一代LVDS传输器件(如MAX9213、MAX9214)已经安装在汽车上，可提供一路时钟输出和三路数据，利用LVDS发送/接收器衔接导航显示屏(图1)。
三路并行输出要求达到图像传输所需的速率，时钟被用于同步传输。
图2：在直流均衡LVDS数据输出格式中，每7个并行数据位为一组，每组有2位附加位用于指示数据是否反转。
第一代系统的一个重要特征是可以挑选输出耦合，这种耦合方式避开了发送器和接收器之间的地电位差，这个电位差有时可能达到几伏量级。
LVDS信号的工作原理和特点
LVDS信号的工作原理和特点LVDS（Low Voltage Differential Signaling）是一种低电压差动信号传输技术，常用于高速数据传输和噪声抑制的应用中。
本文将详细介绍LVDS信号的工作原理和特点。
一、工作原理LVDS信号传输采用差分传输方式，即通过同时传输正负两个相位相反的信号来传递信息。
其基本原理是利用差分电压来传输信号，以提高传输速度和抗干扰能力。
LVDS信号传输的基本电路由发送器和接收器组成。
发送器将输入信号转换为差分信号，并通过驱动电路将差分信号发送到传输线上。
接收器则通过差分放大器将接收到的差分信号转换为单端信号输出。
LVDS信号的发送器采用了差动输出电路，其中包括两个输出端，一个为正极性输出端，一个为负极性输出端。
正负两个端口输出的电压大小相等，但方向相反。
接收器则通过差分放大器将接收到的差分信号转换为单端信号输出。
二、特点1. 高速传输能力：LVDS信号传输速度可达到几百兆比特每秒（Gbps），适用于高速数据传输应用，如计算机内部总线、显示器接口等。
2. 低功耗：LVDS信号传输采用低电压差动信号，相比于传统的单端信号传输方式，功耗更低。
这使得LVDS适用于便携式设备和低功耗应用。
3. 抗干扰能力强：LVDS信号传输采用差分传输方式，可以有效抑制共模噪声的干扰。
同时，LVDS还采用了预加重和均衡技术，使得信号传输更加稳定可靠。
4. 高可靠性：LVDS信号传输采用了差分信号传输，具有较高的抗干扰能力和抗噪声能力，能够在复杂的电磁环境中保持信号的稳定性和可靠性。
5. 灵活性：LVDS信号传输可以适应不同的传输距离和传输速率要求。
通过调整驱动电流和终端电阻等参数，可以实现不同的传输性能。
6. 低电压摆幅：LVDS信号传输的电压摆幅一般为350-400mV，相比于其他传输技术，如TTL和CMOS，电压摆幅更小，从而减少了功耗和电磁辐射。
7. 易于集成：LVDS信号传输技术已经被广泛应用于各种芯片和器件中，具有较好的兼容性和易于集成性。
车载娱乐系统LVDS传输的EMC设计方案研究
车载娱乐系统LVDS传输的EMC设计方案研究作者：岳钢来源：《时代汽车》 2018年第6期随着汽车内部整合的安全和辅助电子设备的增加，汽车领域对高速互联的需求急剧增长，主要集中在用于驾驶支持的的视频系统和车载娱乐系统等（数字仪表、娱乐终端显示、行车记录仪、360环视摄像头、人眼疲劳检测、视频会议摄像头、手势识别摄像头、抬头显示），这些应用要求高速数据传输，以满足图像传递的要求。
正是这些需求的增长，带动LVDS产品在这些领域大规模使用。
1LVDS工作原理LVDS（低压差分信号）是一种低摆幅的差分信号技术，它使得信号能在差分PCB线对或平衡电缆上以几百Mbps的速率传输，其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。
这种模式固有的共模抑制能力提供了高水平的抗干扰性，由于具有较高的信噪比，信号幅度可以降低到大约350mV，允许非常高的传输速率，见图2。
2 LVDS传输的优点目前LVDS传输方式越来越多的被用于高速信号传输，与其他信号传输方式相比在高速数据传输性能方面具有比较明显的优势，具体体现在以下3个方面：2.1速率高LVDS信号通常具有范围在350mV-400mV之内的较小的逻辑幅值的摆动，这种小幅度的摆动有利于信号快速实现反转，从而具有很高的传输速率。
2.2噪声低LVDS信号是低压差分信号，差分数据传输方式比单端数据传输对共模输入噪声有更强的抵抗能力，在两条差分信号线上，电流的方向、电压振幅相反，而接收器只关心两信号的差值，故噪声以共模方式同时耦合到两条线上时，能够被抵消，同时两条信号线周围的电磁场也相互抵消，因此，两条差分信号线比TTL单端信号传输的电磁辐射小得多。
而且，恒流源驱动模式不易产生振铃和切换尖锋信号，进一步降低了噪声。
2.3功耗小其他电路接口技术如GTL等电源电流会随着系统工作频率的增加而呈指数形式的增长，而LVDS驱动器的电流源恒定，其电源电流会一直保持平坦的状态，所以这种驱动模式很大程度的减小了功耗。
LVDS信号的工作原理和特点
LVDS信号的工作原理和特点LVDS（Low Voltage Differential Signaling）信号是一种常用于高速数据传输的数字信号传输标准。
它具有高速、低功耗、抗干扰等特点，被广泛应用于各种数字通信系统中。
本文将介绍LVDS信号的工作原理和特点。
一、LVDS信号的工作原理1.1 差分信号传输LVDS信号采用差分信号传输方式，即同时传输正负两个信号，通过两个信号之间的电压差来表示数据信息。
这种传输方式能够有效地抑制共模干扰，提高信号的抗干扰能力。
1.2 差分放大器LVDS信号的接收端通常采用差分放大器来解码信号。
差分放大器能够放大正负两个信号的差值，提高信号的抗干扰能力，同时可以实现高速数据传输。
1.3 电平转换LVDS信号的发送端通常需要将普通的数字信号转换为LVDS信号。
这一过程需要通过专门的电平转换器来实现，将普通信号转换为差分信号进行传输。
二、LVDS信号的特点2.1 高速传输LVDS信号具有高速传输的特点，可以支持几百兆甚至更高的数据传输速率。
这使得LVDS信号在高速数据传输领域有着广泛的应用。
2.2 低功耗LVDS信号在传输过程中的功耗相对较低，这使得它在一些对功耗要求较高的场合有着明显的优势。
例如在移动设备、电池供电设备等领域。
2.3 抗干扰能力强LVDS信号采用差分信号传输方式，能够有效地抑制共模干扰，提高信号的抗干扰能力。
这使得LVDS信号在工业控制、汽车电子等领域有着广泛的应用。
三、LVDS信号的应用领域3.1 高清视频传输LVDS信号在高清视频传输领域有着广泛的应用，可以实现高速数据传输，保证视频数据的高质量传输。
3.2 工业控制LVDS信号在工业控制领域有着重要的应用，可以实现高速数据传输、抗干扰能力强的特点，保证工业设备的稳定运行。
3.3 汽车电子LVDS信号在汽车电子领域有着广泛的应用，可以实现高速数据传输、抗干扰能力强的特点，保证汽车电子系统的稳定运行。
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低电压差分信号传输(LVDS)在汽车电子中的应用
低电压差分信号传输(LVDS)已经在众多应用中得到验证，LVDS在传送高数据率信号的同时还具有其它优势: 与低电源电压的兼容性；低功耗；低辐射；高抗干扰性；简单的布线和终端匹配。
LVDS为差分模式(图1)，这种模式固有的共模抑制能力提供了高水平的抗干扰性，由于具有较高的信噪比，信号幅度可以降低到大约100mV (图2)，允许非常高的传输速率。
较低的信号摆幅还有助于降低功耗。
与上述优势相比，LVDS的缺陷(每一通道需要两根连线传输信号)已经显得微不足道。
图1. 基本的LVDS发送接收结构
图2. LVDS的信号强度和幅度
随着汽车内部整合的安全和辅助电子设备的增加，汽车领域对高速互连的需求急剧增长，主要集中在用于驾驶支持(电子后视镜、导航系统、泊车距离控制、超视距显示、仰视显示)的视频显示系统，车载娱乐系统(电视和DVD播放器) 等，这些应用要求高速数据传输，以满足图像传递的要求。
正是这些需求的增长，带动LVDS产品在这些领域崭露头角(图3)。
图3. 汽车应用的典型LVDS连接
LVDS非常适合汽车应用。
汽车内部存在众多的电磁辐射源，因此，抗干扰能力是汽车电子设计最基本的要求。
另外，考虑到LVDS传输线自身的低辐射优势，对系统的其它设施几乎不产生额外干扰。
LVDS传输只需要简单的电阻连接，简化了电路布局，线路连接也非常简单(采用双绞铜质电缆)。
LVDS兼容于各种总线拓扑: 点到点拓扑(一个发送器，一个接收器)；多分支拓扑(一个发送器，多个接收器)；多点拓扑(多个发送器，多个接收器) 汽车设计中存在一个关键问题，即车体不同位置的地电位有很大差异，电位差可能达到几伏特。
直流耦合接口配置下，这样的电位差会很快中断数据传输。
这个问题可以通过电容耦合传输信号解决，前提是信号传输中不会对电容在同一个方向长时间充电。