低電壓差分信號傳輸(LVDS)在汽車電子中的應(yīng)用

低電壓差分信號傳輸(LVDS)已經(jīng)在眾多應(yīng)用中得到驗證，LVDS在傳送高數(shù)據(jù)率信號的同時還具有其它優(yōu)勢: 與低電源電壓的兼容性；低功耗；低輻射；高抗干擾性；簡單的布線和終端匹配。

LVDS為差分模式(圖1)，這種模式固有的共模抑制能力提供了高水平的抗干擾性，由于具有較高的信噪比，信號幅度可以降低到大約100mV (圖2)，允許非常高的傳輸速率。較低的信號擺幅還有助于降低功耗。與上述優(yōu)勢相比，LVDS的缺陷(每一通道需要兩根連線傳輸信號)已經(jīng)顯得微不足道。?

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圖1. 基本的LVDS發(fā)送接收結(jié)構(gòu)

圖2. LVDS的信號強度和幅度

隨著汽車內(nèi)部整合的安全和輔助電子設(shè)備的增加，汽車領(lǐng)域?qū)Ω咚倩ミB的需求急劇增長，主要集中在用于駕駛支持(電子后視鏡、導(dǎo)航系統(tǒng)、泊車距離控制、超視距顯示、仰視顯示)的視頻顯示系統(tǒng)，車載娛樂系統(tǒng)(電視和DVD播放器) 等，這些應(yīng)用要求高速數(shù)據(jù)傳輸，以滿足圖像傳遞的要求。正是這些需求的增長，帶動LVDS產(chǎn)品在這些領(lǐng)域嶄露頭角(圖3)。?


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圖3. 汽車應(yīng)用的典型LVDS連接??

LVDS非常適合汽車應(yīng)用。汽車內(nèi)部存在眾多的電磁輻射源，因此，抗干擾能力是汽車電子設(shè)計最基本的要求。另外，考慮到LVDS傳輸線自身的低輻射優(yōu)勢，對系統(tǒng)的其它設(shè)施幾乎不產(chǎn)生額外干擾。LVDS傳輸只需要簡單的電阻連接，簡化了電路布局，線路連接也非常簡單(采用雙絞銅質(zhì)電纜)。LVDS兼容于各種總線拓?fù)? 點到點拓?fù)?一個發(fā)送器，一個接收器)； 多分支拓?fù)?一個發(fā)送器，多個接收器)； 多點拓?fù)?多個發(fā)送器，多個接收器)

汽車設(shè)計中存在一個關(guān)鍵問題，即車體不同位置的地電位有很大差異，電位差可能達(dá)到幾伏特。直流耦合接口配置下，這樣的電位差會很快中斷數(shù)據(jù)傳輸。這個問題可以通過電容耦合傳輸信號解決，前提是信號傳輸中不會對電容在同一個方向長時間充電。

而實際應(yīng)用無法排除這種同一方向長時間充電的可能性，比如，在傳輸長串的連續(xù)1信號時。MAX9213/9214 (圖4)利用“直流平衡”技術(shù)避免了上述問題，這類器件監(jiān)控它的傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)顯示有過長的連續(xù)1或0信號時，芯片會在發(fā)送數(shù)據(jù)前將數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)，接收器可以很容易地通過翻轉(zhuǎn)信號重建原始信號。這些操作消除了長串連續(xù)1或連續(xù)0信號，降低電容充電的影響，從而有效解決地電位偏差問題。?


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圖4. 兩芯片傳輸方案，結(jié)合了收發(fā)功能和串行-解串功能

從圖3可以看出另外一個潛在問題：眾多的系統(tǒng)互連意味著大量的電纜連線，而在原有的汽車設(shè)計中電纜(線束)連接已經(jīng)非常擁擠，為了解決這一問題，需要區(qū)分不同數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，并非所有連接都要求特別高的速率，Maxim推出的MAX9217/9218可以通過一對兒雙絞線提供高達(dá)700Mbps數(shù)據(jù)速率()。以這個容量可以毫不費力地連接480 x 800分辨率的顯示器。?


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圖5. 交流耦合串行器和解串器的功能框圖

為了進(jìn)一步優(yōu)化電磁輻射特性，Maxim的芯片還將并行數(shù)據(jù)顯示過程中的所有切換操作都同步到時鐘頻率上，這個頻率可以在3MHz到35MHz范圍調(diào)節(jié)(對于一個既定應(yīng)用，采用所允許的最低時鐘頻率以最小化電磁輻射)。另外，通過降低數(shù)據(jù)流本身引起的開關(guān)量，包括特殊的編碼和串行輸出的共模濾波，也有助于改善電磁兼容性。光纖接口也可以改善EMI，但這種方案存在其它問題，而且價格昂貴。

LVDS器件必須具有較高的ESD保護(hù)，特別是輸入、輸出引腳，這也是汽車工業(yè)非常普遍的要求。這些引腳必需能夠承受IEC 61000-4-2規(guī)定的±15kV氣隙放電、±8kV接觸放電，或者是ISO 10605規(guī)定的±25kV氣隙放電、±8kV接觸防電。

綜上所述，無論是現(xiàn)在還是將來，LVDS接口都是汽車應(yīng)用中連接板級系統(tǒng)的極好選擇。 為了達(dá)到這一目標(biāo)，Maxim基于第一代LVDS產(chǎn)品的測試以及應(yīng)用中取得的經(jīng)驗，開發(fā)出了日益完善的芯片，在近幾年內(nèi)，這些芯片必將成為汽車總線系統(tǒng)設(shè)計中LVDS連接方案的主導(dǎo)產(chǎn)品。