Состав LVDS-канала. 
Характеристика технологии передачи информации дифференциальными сигналами малых напряжений

LVDS-канал состоит из передатчика, LVDS-приемника и соединительных линий — среды передачи, которая соединяет выход передатчика с входом приемника.

Достигаемые скоростные параметры LVDS-канала определяются, кроме параметров приемника и передатчика, еще и соответствием среды передачи идеальным параметрам стандарта. При полном соответствии всех параметров легко достигается определенная стандартом скорость 622 Мбит/с. Мало того, уже существуют данные реальных тестовых испытаний, на которых достигается максимально возможная скорость передачи, превышающая 1 Гбит/c. Такие параметры достигаются при максимальном приближении к требуемым по стандарту значениям параметров среды передачи.

Среда передачи LVDS-канала состоит из трех элементов — соединительных линий на печатной плате, разъемов, соединяющих печатную плату с кабелем, или печатные платы между собой, и кабеля, по которому передаются LVDS-сигналы. Возможны варианты отсутствия одного или нескольких из этих элементов (ситуация улучшается) или повторения нескольких (ситуация ухудшается), но в любом случае все составляющие среды передачи от выхода LVDS-передатчика до входа LVDS-приемника должны образовывать согласованную систему с вполне определенными параметрами.

Соответственно, требования к LVDS-каналу можно разбить на требования к электрической схеме, требования к разводке печатной платы, требования к разъему и требования к соединительному кабелю.

Разводка печатной платы Элементом среды передачи, который практически нельзя исключить, является печатная плата. На печатной плате в любом случае устанавливаются как приемник, так и передатчик LVDS, терминирующие цепи, разъем или площадки для подсоединения кабеля. В конце концов, дорожки печатной платы и устанавливаемые на них дополнительные элементы образуют согласующий комплекс, которым разработчики пытаются устранить все остальные огрехи систем передачи.

Напомним, что печатная плата одновременно является и тем самым «узким местом», допущенные ошибки и просчеты в котором требуют для исправления больших как финансовых, так и временных затрат, причем исправление этих просчетов на месте подручными средствами, как следует из законов Мерфи, практически невозможно.

Поэтому надо очень тщательно подходить к вопросу проектирования печатных плат, просчитывать все параметры, по возможности просчитывать и моделировать полученные цепи. Время на расчет, проектирование и моделирование топологии печатных плат, а также затраты на САПР, который все это качественно выполнит, позволит избежать массы проблем на этапе запуска устройства. В отечественных условиях немаловажен и подготовительный этап.

Исходя из собственного опыта проектирования, а также из опыта оказания консультационных услуг, можно дать следующую настойчивую рекомендацию: ПЕРЕД началом проектирования печатной платы крайне рекомендовано заранее, до начала проектных работ, выбрать изготовителя печатной платы и выяснить допустимые проектные нормы (для проверки, могут ли изготовить то, что вы спроектируете), параметры используемого для изготовления материала (требуется для расчета) и, что немаловажно, — наличие этого материала на предполагаемый момент заказа печатных плат. Рекомендуется подобрать несколько изготовителей, которые могут изготовить печатные платы с одинаковыми нормами из материала со сходными параметрами, дабы иметь резервные варианты на случай, например, отсутствия требуемого текстолита, ремонта или излишней загрузки линейки.

Вернемся к требованиям разводки печатных плат для LVDS-каналов. Начнем с общих требований.

Печатная плата должна быть как минимум четыре слоя: LVDS-сигналы, земля, питание, TTL-сигналы. Выделенные слои земли и питания — обычное требование к высокоскоростным дизайнам. Непрерывный слой земли требуется также для обеспечения определенного контролируемого импеданса для LVDS-линий.

Разделение сигналов логики CMOS/TTL и сигналов интерфейса LVDS снижает наводки на LVDS-линии. Идеальное решение — разнесение их по разным слоям, которые разделены слоями земли и питания.

Приемопередатчики LVDS должны располагаться как можно ближе к соединительным разъемам, что уменьшает влияние возможных несогласованностей линии на печатной плате, а также уменьшает наводки от остальных цепей. Такое расположение, совместно с уравниванием длины линий, также помогает снизить разброс фронтов.

Далее общие рекомендации по питанию: подводящие цепи по земле и питанию должны быть как можно шире и короче. Рекомендуется установка танталовых или электролитических конденсаторов емкостью 4,7−10 мкФ. Рабочее напряжение танталовых конденсаторов, что важно, не должно быть меньше 5-кратного напряжения питания, то есть не менее 25 В (рекомендовано 35 В) для 5 В питания.

На каждый LVDS-корпус должен быть установлен один или два (0,1 мкФ и 0,01 мкФ) параллельных многослойных керамических конденсатора (MLC). Для многоканальных приемопередатчиков или для схем формирования тактовой частоты (с PLL) рекомендуется устанавливать по конденсатору на каждый вывод питания. Рекомендуется устанавливать конденсаторы как можно ближе к выводу питания для уменьшения паразитных эффектов и улучшения частотной характеристики. Также рекомендуется использовать двойные переходные отверстия для уменьшения индуктивных эффектов.

Теперь перейдем к требованиям по разводке собственно сигнальных LVDS-линий. Сигнальная дифференциальная LVDS-пара должна быть разведена от передатчика к приемнику со строгим соблюдением определенных требований: во-первых, по всей длине линии должен быть выдержан согласованный импеданс 100 Ом. Во-вторых, длина линии должна быть минимальна, а длина проводников одинакова, для уменьшения разброса фронтов. Кроме того, линия должна содержать как можно меньше (в идеале вообще не иметь) переходных отверстий, поскольку каждое отверстие нарушает параметры линии. Крайне нежелательно использовать при разводке поворотов на 90°, которые существенно увеличивают электромагнитные помехи и перекрестные наводки. Старайтесь обойтись углами 45°.

Существуют три основных варианта разводки LVDS-линий: открытая линия (micrоtrip), и два варианта закрытой линии — горизонтальная и вертикальная.