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Altera的 LVDS 系统电路板设计

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体育beplay官网,交叉耦合效应

  )。 这些输出有较快的边沿速率,使信号通路起到了传输线的作用。 因此,超高速

  LVDS 采用了差分传输机制,每一 LVDS 信号使用两条走线。 这两条走线之间的电压差定义了 LVDS 信号值。 在对电路板布板时,请按照以下指南进行操作,以便在差分走线上成功的传输 LVDS 信号。

  为尽量减小反射,维持接收器的共模噪声抑制,差分线在离开驱动 IC 后,应尽可能彼此靠 近。 而且,为避免差分阻抗出现不连续点,差分 LVDS 信号之间的距离在整条走线上都应 保持不变。

  为减小偏移,差分 LVDS 走线之间的电信号长度应相同。 一路信号在另一路信号之前到达会 在信号对之间产生相位差,减小了接收器偏移余量 (RSKM),从而影响系统性能。

  由于是高速 LVDS,因此,阻抗匹配非常重要,即使是非常短的转弯。 差分 LVDS 走线的任何不连续点都会导致信号反射,劣化信号质量。 这些不连续点增大了共模噪声,以 EMI 的形式进行辐射。 LVDS 以电流模式输出,需要匹配电阻实现闭环,没有电阻匹配时无法工作。 所选择的这一匹配电阻值 (RT) 与传输线的差分阻抗相匹配,在 90Ω 到 110Ω 之间 ( 一般为 100Ω)。 图 1 所示为匹配电阻的正确应用。

  为减小 LVTTL、SSTL-3、SSTL-2 以及类似标准等 LVDS 和单端信号之间的交叉串扰,必须将差分 LVDS 信号与单端信号隔离。 如果 LVDS 和单端信号彼此距离不够远,单端信号可能会给差分对带来一定的干扰。 靠近单端信号走线的 LVDS 信号受到的影响要比远端信号大一些,LVDS 接收器无法将产生的差值信号作为共模噪声而抑制掉。 虽然干扰不会导致LVDS接收器错误的触发;但是,会劣化LVDS信号质量,从而减小噪声余量。 在同一 PCB 层上,单端信号距离 LVDS 信号至少 12 mm,以避免交叉串扰效应。 可以采用 VCC 和地平面来隔离 LVDS 信号层和单端信号层。 图 2 显示了使用电源平面作为 LVDS 层与单端信号层的屏蔽。

  电磁辐射是设计人员通常关心的问题,因为辐射会通过电磁横波 (TEM) 进行传播。 这些电磁波会穿过屏蔽层,导致系统无法通过电磁兼容性 (EMC) 测试。 采用 CMOS 或者 TTL 等单端传输方式时,几乎所有的磁力线都能够从导体中自由辐射出去。 一些磁力 线以 TEM 波的形式传播,从系统中辐射出去,带来 EMC 问题。

  对于 LVDS 差分信号,磁力线彼此抵消,电场相互耦合。 这些电场彼此紧密耦合,无法辐射出去。 只有很少的泄漏场从耦合中辐射出去。 因此,相对于 CMOS 或者 TTL 信号, LVDS 差分传输系统的 EMI 要小得多。 图 3 显示了单端走线和差分对的电磁场效应。

  LVDS信号可以布在PCB微带线(外层)和带状线显示了LVDS 带状线和微带线的电磁场辐射。

  对于微带线,下面的地平面耦合了其他的磁力线,从而限制了更多的磁力线,减小了 EMI 的影响。 带状线耦合了所有的磁力线,显著降低了 EMI,但是存在以下不足:

  为实现磁场的最大耦合,差分对两个导体之间的间隙应尽可能小。 图 5 显示了带状线和微带线对的尺寸。

  ■ 两个临近差分对之间的距离应大于或者等于两个独立导体之间距离的两倍 (D>

  2S)。

  常用的FR-4材料适用于低频(500至600 MHz)应用。 高速设计可以考虑G-TEK或者聚 四氟乙烯材料。

  在设计早期阶段,没有进行大量的预布板仿真之前,开发高效的 PCB 去耦合策略需 要估算去耦合电容数量、取值和类型。Altera 的电源分配网络 (PDN) 工具提供这 些关键信息。

  使用 LVDS 器件时,应采用并联的 0.1、0.01 和 0.001 μF 云母、陶瓷或者聚苯乙烯 0805 大小的表面贴芯片电容旁路所有 VCC_CKLK 和 VCC_CKOUT 引脚。 这些电容 应在引脚下面,尽可能贴近引脚放置。 除了这些电容,还应靠近引脚放置另一个 2.7 μF 电容。

  发射器输出和连接器之间每一条走线的物理长度彼此相差不应超过 5 mm,以减小数据偏移。

  隔离 LVDS 信号和 TTL 信号,以减小交叉串扰 ( 适用于差分层 )。

  采用电缆在电路板之间传送 LVDS 信号。 但是,由于特殊的阻抗匹配和低偏移要求,一般的电缆不一定适用于 LVDS。 按照下面的指南为 LVDS 应用选择电缆:

  对于低速和距离非常短的传输,应采用带状电缆。 对于距离较长的传输和高速应用, 使用双绞线 ( 平衡双绞线适用于这种情况 )。 如果您使用带状电缆,必须由地线将信号对分开,带状电缆的边沿连接器不能用于承载信号。 显示了用于 LVDS 应用的带状电 缆。

  双轴电缆也可以用于 LVDS,其平衡性能要比同轴电缆好得多。 与同轴电缆相比,由于 场相消效应,双轴电缆的 EMI 很小。 图 7 显示了双轴和同轴电缆。

  为优化性能,使用双绞线,这是因为 LVDS 接收器能够抑制这些电缆带来的共模电磁辐射。 对于较小的传输距离 ( 大约 0.5 m),可以采用 CAT3 平衡双绞线 m 时,数据速率在 500 MHz 以上的应用,使用 CAT5 平衡电缆。

  使用连接器连接电路板之间的 LVDS 信号。 图 8 显示了 LVDS 连接器较好和较差的例子。 在右面的例子中,差分对长度相同;在左面的例子中,同一差分对的信号有不同的长度,导致出现偏移。

  为充分发挥高速低噪声 LVDS 的优势,设计人员应确保板上和穿过连接器或者电缆的差分走线导体彼此紧密耦合,从而降低噪声,很好的进行平衡,减小偏移,实现阻抗匹配。、

  主题简介及亮点:电机控制软硬件工程师从级别上一般分为工程师、高级工程师、专家及科学家。每个岗位对个人的要求和技能是不一样

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