Шинные LVDS-решения. 
Характеристика технологии передачи информации дифференциальными сигналами малых напряжений

Возможность подключения на одну пару нескольких приемников и нескольких передатчиков позволяет организовывать на базе LVDS-стандарта шинные решения с использованием всех его преимуществ. На рис. 15, в, каждая линия шины представляет собой согласованную 100-омную линию с терминаторами на концах. На эту линию подключается несколько LVDS-приемников и несколько LVDS-передатчиков. При таком включении по одной паре LVDS возможна организация двухстороннего полудуплексного канала, то есть в каждый момент времени активен только один из передатчиков. Для удобства построения шин выпускаются микросхемы, которые включают в себя и передатчик и приемник для каждой пары внешних LVDS-выводов.

Применение LVDS.

Рассмотрев особенности построения самих LVDS-каналов, приведем несколько конкретных примеров LVDS-решений.

Скоростной многоканальный LVDS-линк на базе FPGA Virtex-E фирмы Xilinx.

Для примера приведем структуру построения скоростного 622 Мб/с LVDS-канала на базе ПЛИС Xilinx серии Virtex-E. Особенностью данного примера является передача параллельного потока данных, непосредственно между ПЛИС Xilinx с использованием встроенных LVDS-приемопередатчиков.

Терминирование передатчиков со стороны источника приводит уровни в полное соответствие со стандартом LVDS и согласует выходы с используемой в данном примере 50-омной несимметричной или 100-омной симметричной линией. Параллельные терминаторы на приемном конце в соответствии со стандартом LVDS представляют собой 100-омные резисторы.

Для обеспечения лучших условий приема тактовый сигнал задерживается на 1,1 нс с использованием специальной разводки платы или дополнительного внешнего буфера с соответствующей задержкой.

На приемном конце сигнал принимается дифференциальными LVDS-приемниками и подается на триггеры, которые защелкивают данные по принятому тактовому сигналу частотой 311 МГц.

Отметим, что использование такой высокой скорости передачи требует весьма тщательного подхода к выполнению схемы и к разводке печатной платы.

Благодаря своим высоким характеристикам интерфейс LVDS находит все большее применение в бюджетных разработках. Все большей популярностью пользуются наборы решений для замены параллельных TTL-линий высокоскоростным последовательным LVDS-каналом. Примером такого решения может служить набор MuxIt, выпускаемый Texas Instruments. Набор включает в себя три микросхемы:

передатчик сериалайзер SN65LVDS151;

приемник десериалайзер SN65 LVDS152;

умножитель частоты SN65LVDS150.

Передатчиком SN65LVDS151 от 4 до 10 разрядов данных преобразуются в последовательный канал и передаются через LVDS-линк. Параллельный тактовый сигнал используется умножителем частоты SN65LVDS150 для генерирования скоростного тактового сигнала, который используется для передачи данных и передается на приемный конец системы по отдельному LVDS-линку. Сигналы M1… M5 используются для определения количества разрядов данных, преобразуемых в LVDS-канал. Параллельные данные загружаются в сдвиговый сигнал передатчика по низкочастотному тактовому сигналу. Из сдвигового сигнала данные выдаются в LVDS-линк по синтезированному умножителем частоты высокочастотному тактовому сигналу.

На приемном конце канала данные по принятому высокочастотному тактовому сигналу загружаются в сдвиговый регистр приемника SN65LVDS152, где приводятся к параллельному виду и выдаются на параллельные выходы данных D0 — D9. Принятый тактовый сигнал также используется умножителем частоты SN65LVDS150 для восстановления исходного низкочастотного тактового сигнала. Компоненты набора MuxIt образуют законченное решение для преобразования параллельной шины в LVDS-канал и обратно.

Умножитель частоты допускает коэффициент умножения до 40, что позволяет последовательно объединять в один канал до 4 сериалайзеров, преобразуя в один последовательный канал 40-разрядную параллельную шину. Кроме того, возможно параллельное подключение нескольких сериалайзеров и десериалайзеров для образования единого более скоростного линка с несколькими каналами данных и одним тактовым каналом. Сочетание параллельного и последовательного подключения элементов набора позволяет подобрать оптимальную конфигурацию системы для получения оптимального сочетания пропускной способности канала и количества линий передачи. Компоненты набора MuxIt могут поддерживать и многоточечный шинный режим работы.

Существуют и одночиповые решения, рассчитанные на фиксированную конфигурацию LVDS-канала. Примером такой пары для передачи точка — точка до 28 параллельных линий по пяти LVDS-каналам может служить пара из передатчика/сериалайзера SN65LVDS93 и приемника/десериалайзера SN65LVDS94.

Совместно эти две микросхемы образуют канал со скоростью передачи до 1,82 Гбит/c (именно 1,82 Гигабита в секунду, то есть 227,5 Мегабайта в секунду). При этом входная тактовая частота параллельной шины может достигать 65 МГц. Микросхемы SN54LVDS93/94 используют питание напряжением 3,3 В, но при этом их входы являются совместимыми с уровнями TTLлогики 0,5 В. Типичная потребляемая мощность в рабочем режиме составляет около 250 мВт.

Еще одним интересным решением по интеграции LVDS-каналов является предлагаемый TI набор из одиночных LVDS-приемника и LVDS-передатчика, каждый из которых выпускается в корпусе SOT-23, — SN65LVDS1/ S2/T2 .

Основные параметры передатчика:

возможность горячего подключения;

скорость обмена до 630 Мбит/с;

типичная потребляемая мощность на частоте 200 МГц составляет 25 мВт;

задержка передачи сигнала 1,7 нс;

5В-совместимые входы.

Основные параметры приемника:

встроенный терминирующий резистор на 100 Ом;

защита от обрывов по входу;

скорость обмена до 400 Мбит/с;

время задержки распространения сигнала — 1,7 нс.

Приемник и передатчик этой серии представляют собой законченные узлы, которые позволяют преобразовать к LVDS любую, даже одиночную линию.