3 Шинные решения
На рисунке 3.1 представлена наиболее часто используемая конфигурация точка-точка.
|
Рисунок 3.1 – Конфигурация точка-точка |
Конфигурация точка-точка позволяет передавать данные только в одном направлении. На приемной стороне канала передачи обязательно наличие согласующего резистора (терминатора).
На рисунке 3.2 представлена конфигурация двунаправленной передачи данных.
|
Рисунок 3.2 – Конфигурация двунаправленной передачи сигнала |
Конфигурация двунаправленной передачи сигнала позволяет организовать двусторонний обмен данными, но с разделением во времени, т.е. в любой момент времени передача данных может осуществляться только в одном направлении. В этом случае согласующие резисторы должны быть установлены на обеих сторонах канала. Однако необходимость наличия двух терминаторов ослабляет сигнал, поэтому данная конфигурация может применяться в случае малых шумов и дальности передачи, не превышающей 10 метров.
На рисунке 3.3 представлена многоточечная конфигурация.
|
Рисунок 3.3 – Многоточечная конфигурация |
Многоточечная конфигурация объединяет множество приемников с одним передатчиком. Данная конфигурация встречается в системах распределения информации, а так же в системах с множеством близко расположенных приемников. В этом случае необходимо наличие только одного резистора.
На рисунке 3.4 представлена многоточечная конфигурация двунаправленной передачи данных.
|
Рисунок 3.4 – Многоточечная конфигурация двунаправленной передачи данных |
Многоточечная конфигурация двунаправленной передачи данных позволяет организовать двусторонний обмен данными между любыми устройствами, но, опять же, с условием временного разделения потоков данных. В этом случае согласующие резисторы должны быть установлены на обеих сторонах канала.
4 Производные LVDS
4.1 M-LVDS
Более новый вариант LVDS – стандарт ANSI/TIA/EIA-899, известный как M-LVDS (Multipoint-LVDS – многоточечный LVDS). Данная версия поддерживает многоточечную шину с двойным согласованием и может использовать до 32 узлов. M-LVDS также расширяет диапазон синфазного режима до ±2 В. Максимальная скорость обмена данными 500 Мбит/с. На практике скорость ограничивается 300 – 400 Мбит/с в зависимости от различных параметров, например длины соединительного провода и требуемого качества сигнала. M-LVDS имеет выходной ток 9 – 13 мА и обращается и к кабелю, и к соединениям платы. При использовании длинных кабелей вероятность возникновения большой разницы между потенциалами земли увеличивается. Таким образом, стандарт M-LVDS в два раза расширил диапазон синфазного режима LVDS до ±2 В для большей устойчивости.
4.2 Glvds
GLVDS (соотнесенный с землей LVDS) – разработка одной из крупнейших телекоммуникационных компаний. Технология GLDVS аналогична LVDS, за исключением того, что смещение выходного напряжения драйвера ближе к потенциалу земли. Путем понижения смещения напряжения входы-выходы GLVDS могут встраиваться в специализированные ИС и работать от источников с низким напряжением в 0,5 В. Сейчас GLVDS рассматривается Комитетом по стандартизации JEDEC для принятия в качестве стандарта.
Данный интерфейс согласуется с потенциалом земли и имеет две опции для драйверов и приемников. Приемники могут быть как односторонними, так и дифференциальными, а драйверы – как для применений “точка-точка”, так и для многоточечных применений. Скорость обмена колеблется в диапазоне 1 – 3 Гбит/с, но лишь на протяжении коротких дистанций (менее 30 см). Поэтому применение этого интерфейса ограничено областью высокоскоростных соединений от кристалла к кристаллу. Благодаря амплитуде в 400 мВ и согласованию на землю, напряжение шины питания составляет всего 0,8 В. Таким образом, данный интерфейс совместим с ядрами с низким напряжением, используемыми в сверхтонких кристаллах специализированных ИС.
4.3 LVDM
Компания Texas Instruments разработала серию компонентов, предназначенных для применений с двойным согласованием в 100 Ом. Выходной ток драйвера в два раза выше стандартного для LVDS, то есть 6 мА номинально. Таким образом, при нагрузке 50 Ом достигаются уровни LVDS. Данная технология может использоваться при работе с двунаправленными шинами “точка-точка” или многоточечными шинами с небольшой нагрузкой.
5 Подача и снятие потока данных
Еще одним из факторов, определяющих быстродействие LVDS интерфейса, а также одной из проблем разработки скоростных каналов является проблема подвода потока данных, как правило, по обычному TTL или LVTTL интерфейсу к LVDS передатчику. Для решения этой проблемы уже выработан ряд технологических приемов. Во-первых, наборы для построения LVDS каналов строятся уже не на базе отдельных LVDS передатчиков, а на базе микросхем сериалайзеров – параллельно-последовательных преобразователей, преобразующих сигналы от нескольких параллельно подводимых линий в один высокоскоростной LVDS канал. На приемном конце, в свою очередь, устанавливается десериалайзер – чип обратного преобразования из последовательного канала в параллельный. Использование, например, 10-разрядного сериалайзера позволяет при канале со скоростью 622 Мбит/с снизить частоту подводимых данных до 62,2 МГц, что вполне приемлемо с точки зрения использования TTL интерфейса.
Выпущенное на рынок в 2005 г. LVDS устройство фирмы National Semiconductor – SerDes чип, содержащий параллельно-последовательный и последовательно-параллельный преобразователи DS90C241/DS90C124. Чип (рисунок 5) позволяет преобразовывать 24 бит данных параллельной шины в поток последовательных данных и управляющих сигналов с вложенной тактовой информацией (что исключает проблемы расфазировки параллельно передаваемых данных и тактовых сигналов) и обратно. Благодаря произвольной синхронизации передаваемых данных в приемнике можно обойтись без генератора опорных тактовых импульсов. А это в свою очередь обеспечивает малые энергозатраты и шумы при последовательной передаче данных. Малая ширина линий передачи данных позволяет уменьшить число слоев металлизации печатных плат, ширину кабеля, габариты и число контактов соединителя и, тем самым, снизить стоимость системы на 50%. Кроме того, в микросхемах предусмотрена связь дифференциальной пары по переменному току и функция предварительной коррекции, обеспечиваемая подключенным к LVDS выходам внешним резистором и позволяющая повышать уровень сигнала и передавать данные по кабелю длиной до 10 м.
|
Рисунок 5 – Блок-схема включения SerDes чипа |
Рабочая частота микросхем 5 – 35 МГц, максимальная пропускная способность – 840 Мбит/с, напряжение питания -3,0 – 3,6 В, диапазон рабочих температур -40 – 105°С. Выполнены они по 0,35 мкм КМОП технологии. Монтируются обе микросхемы в 48-выводной корпус TQFP размером 7х7х1 мм. Предназначены для применения в плоскопанельных дисплеях, автомобильных системах навигации и развлекательных средств, монтируемых на задних спинках сидений, в оборудовании наблюдения, КМОП/ПЗС преобразователях изображения, кассовых терминалах и банкоматах. В ЖК панелях с разрешением 800х400 чип DS90C241/DS90C124, обеспечивающий передачу сигнала по одной сигнальной паре проводов, позволяет получить то же качество изображения, что и LVDS интерфейсы предыдущих поколений, требующие четыре пары проводов.
Заключение
LVDS технология находит широкое применение с момента ее появления в 1996 году. Производители выпускают разнообразные решения дифференциального интерфейса, способного поддерживать скорость передачи до 1 Гбит/с на расстояния до 10 м. При этом потребляемая мощность значительно меньше, чем требуют интерфейсы предыдущих поколений (стандартов RS-422, RS-485).
Стандарт LVDS предоставляет разработчику возможность не жертвовать необходимыми характеристиками системы. При использовании этого стандарта система более устойчива к помехам и сама является источником весьма малых шумов. Новые виды LVDS наилучшим образом дополняют изначальный стандарт и позволяют использовать его в еще большем количестве прикладных систем. В ближайшее время скорости передачи данных будут расти, а напряжение питания падать. В условиях понижения энергопотребления, уменьшения электромагнитных и перекрестных помех тенденция к уменьшению амплитуд, начало которой положило создание LVDS, сохранится в последующие годы.
Список использованных источников
1. LVDS: Руководство пользователя
(http://www.national.com/)
2. Электронная версия журнала «Компоненты и технологии»
(http://www.kit-e.ru/)
3. Электронная версия журнала «ЭЛЕКТРОНИКА НТБ»
(http://www.electronics.ru/)
4. Электронная версия журнала «CHIP NEWS»
(http://www.chip-news.ru/)