（南京观海微电子）—

LVDS（Low Voltage Differential Signaling，即低电压差分信号）

接口又称 RS-644 总线接口，是20世纪90年代才提出的一种数据传输和接口技术。 LVDS接口是美国NS美国国家半导体公司为克服以 TTL电平方式传输宽带高码率数据时功耗大，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 驱动器级在一个始终开启的 3.5 mA （典型值）电流源环境中运行（请参见图 1）。只需通过差分对导体以不同方向重新分配电流，便可形成总线上的逻辑 1 和 0。这种消除开关噪声和 EMI 的“始终开启”特性正是降低 ADC 性能的主要原因。

LVDS 驱动器和接收机

由于专为点对点信号传输而设计，LVDS 使用的是一种简单的端接方案。安装在接收机输入端的单个 100-ohm 电阻端接差分对，从而消除了反射。

由于高阻抗接收机输入，驱动器电流源的全部电流流经端接电阻，从而产生了一个 350 mV 额定值的低、差分总线电压。该电压在 1.2 V 共模电位左右摆动，其为典型驱动器输出失调电压（请参见图 2）

LVDS 总线电压电平

相比单端方案，差分信号传输还有另一个 LVDS 好处，因为它不易受到共模噪声的影响，并且产生更少的电磁干扰 (EMI)。

由于接收机只响应差分电压，因此同邻近信号线迹耦合的噪声被接收机视作共模调制，从而被拒绝。另外，由于两个差分对导体传导电流相等但极性相反，因此它们的磁场基本互相抵消，从而实现 EMI 最小化。

根据数据速率的不同，标准 LVDS IC 可以驱动长达 10 米的距离。然而，不应强制高性能 ADC 驱动这一距离。取而代之的是，建议使用两英尺以内的短输出线迹长度，以防止邻近电路的噪声耦合到 ADC 输出端，因为其可能会反馈耦合至 ADC 模拟输入端。

尽管低功耗、低 EMI 和高噪声抗扰度使得 LVDS 成为高速数据转换器的接口选择，但是必须运用精心的布局技术，以避免阻抗不连续和信号时延差，否则就抵消了上述 LVDS 的好处。

1.LVDS接口的工作原理

LVDS接口采用差分信号传输方式，即每个信号线都由一对相互反向的信号传输线组成。其中，一根线传输正向电压信号，另一根线传输反向电压信号。这种差分传输方式可以有效地降低电磁辐射和抑制共模噪声，提高信号传输的可靠性和稳定性。

LVDS接口的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：

发送端将输入的数字信号转换为差分信号：将输入信号分别与参考电平进行比较，并产生相应的差分信号。
差分信号经过发送器被驱动到信号线上：发送器会将差分信号转换为电流输出，并通过一对相互反向的传输线传输到接收端。
接收端将差分信号恢复为数字信号：接收器对接收到的差分信号进行放大和恢复，使其能够被正确解读为数字信号。

2.LVDS接口技术特点

LVDS接口具有以下几个技术特点：

高速传输能力：LVDS接口的传输速率通常在100Mbps到3.125Gbps之间，能够满足高速数据传输的需求。
低功耗：由于LVDS接口采用差分信号传输方式，相对于单端传输方式能够有效降低功耗。
抗干扰性好：差分传输方式可以抵消共模噪声和电磁辐射干扰，提供更可靠的信号传输质量。
线缆成本低：LVDS接口使用普通铜线材料进行传输，相对于光纤等其他传输介质，成本较低。
驱动能力强：LVDS接口可以驱动长距离的信号传输，最大传输距离可达数十米。

3.LVDS接口的应用模式

LVDS接口广泛应用于各种领域，包括但不限于以下几个方面：

显示器接口：LVDS接口常用于液晶显示器（LCD）的数据传输，可以实现高刷新率和高分辨率的显示效果。
通信系统：LVDS接口可以用于高速通信设备中，如路由器、交换机等网络设备的数据传输。
工业自动化：LVDS接口适用于工业自动化领域，可以实现高速数据传输和可靠的控制信号传输。
汽车电子：LVDS接口在汽车电子中起到重要作用，例如用于汽车仪表板上的显示屏传输图像数据。

总结起来，LVDS接口通过差分信号传输方式，具有高速传输能力、低功耗、抗干扰性好等技术特点。它在各个领域都有广泛的应用，并且不断发展壮大。随着技术的不断进步，LVDS接口也在不断演化和改进，以满足更高的传输速率和更广泛的应用需求。

未来的LVDS接口可能会有以下发展方向：

更高的传输速率：随着数据传输需求的增加，LVDS接口将不断提高传输速率，以满足更高的带宽要求。这可能涉及到技术上的创新和改进，例如引入多通道传输、调制解调技术等。
更低的功耗：随着节能环保意识的提高，LVDS接口也会朝着更低功耗的方向发展。这可能包括采用更低的供电电压、优化电路设计和降低功耗的技术措施。
高集成度：为了满足小型化和集成化的需求，未来的LVDS接口可能会趋向于更高的集成度，通过减少组件数量和简化接口结构，实现更紧凑和便捷的设计。
更广泛的应用领域：随着LVDS接口技术的不断发展，它有望进一步扩展到更多的应用领域。例如，LVDS接口可以应用于医疗设备、航空航天、军事领域等，为这些领域提供高速可靠的数据传输解决方案。

LVDS 两种接口标准比较这两种接口标准的区别在于:

每对低压差分信号上传输的 R、G、B 三色的位数和 HS、VS、DE 位置不同。
1. 8bit 液晶屏需要 4 对差分对传输 R、G、B 三色和 HS、VS、DE控制信号
(1)对应到 VESA接口标准
0+/-:RO，R1，R2，R3，R4，R5，G0
1+/:G1，G2，G3，G4，G5，B0，B1
2+1-:B2，B3，B4，B5，HS，VS, DE
3+1-:R6，R7，G6，G7，B6，B7，0
(2)对应到 JEIDA接口标准
0+/-:R2，R3，R4，R5，R6，R7，G2
1+/-:G3，G4，G5，G6，G7，B2，B3
2+/-:B4，B5，B6，B7， HS, VS, DE
3+/-:RO，R1，GO，G1，B0，B1，0

2. 10bit 液晶屏需要5 对差分对传输 R、G、B 三色和 HS、VS、DE控制信号
(1)对应到 VESA接口标准
0+/-:RO，R1，R2，R3，R4，R5，GO
1+/-:G1，G2，G3，G4，G5，B0，B1
2+/-:B2，B3，B4，B5，HS，VS, DE
3+/-:R6，R7，G6，G7，B6，B7，0
4+/-:R8，R9，G8，G9，B8，B9，0
(2)对应到 JEIDA接口标准
0+/-:R4，R5，R6，R7，R8，R9，G4
1+/-:G5，G6，G7，G8，G9，B4，B5
2+/-:B6，B7，B8,B9, HS,VS, DE
3+/-:R2，R3，G2，G3，B2，B3，0
4+/:RO，R1，GO，G1，B0，B1，0

单路和双路 LVDS 信号

单路就是只有一路 R、G、B 三色和 HS、VS、DE控制信号;
双路就是有两路 R、G、B 三色和 HS、VS、DE控制信号。

为什么需要双路 LVDS 信号?
如1920 *1080P 的液晶显示屏，屏幕刷新率 60HZ,如果使用单路LVDS信号，那么需要的像素时钟为 1920*1080*60=124416000，约为124MHZ.而实际很少会采用频率这么高的晶振，并且 LVDS 的传输速率只能达到几百Mbps。如果再对屏幕像素尺寸和刷新率有更高要求，那需要的时钟频率会更高。
一个像素24bit，24*124M>2400 M，所需传输速率至少2400Mbps。bps是bit per second。
采用双路 LVDS 就是将显示界面分为奇像素点和偶像素点，在一个像素时钟周期内，完成对奇像素和偶像素两个像素点扫描赋值，那么所需要的时钟频率就大幅减小。

LVDS的发送器与接收器的基本结构如下图所示。它使用两根线（即差分信号线）来传输一个信号，并且使用恒流源（Current Source）驱动，即电流驱动型（而TTL、CMOS之类电平标准为电压驱动型）。

其中，驱动器（Driver）中的场效应管Q1、Q2、Q3、Q4（不一定是场效应管，因为LVDS技术规范主要侧重于LVDS接口的电气我、互连与线路端接，对于生产工艺、传输介质及供电电压无明确要求，也就是说，可以采用CMOS、GaAs或其它工艺实现，能抓到老鼠的黑猫白猫都是好猫）组成一个全桥开关电路，用来控制3.5mA恒流源的电流流动方向，接收器（Receiver）的同相与反相端之间并联了一个100欧姆的端接电阻，这样电流经过电阻即可产生电压，再经过接收器判断就形成了高低电平。

当Q2、Q3导通而Q1、Q4截止时，恒流源电流经Q3流向接收器，并向下穿过100欧姆端接电阻再返回至驱动端，最后经Q2到地（GND），3.5mA的电流在100欧姆电阻上产生350mV的压降，此时同相端电压高于反相端电压，输出为高电平“H”，如下图所示：