Високоскоростен интерфейс LVDS: описание и приложение

Инструментите за техническа организация на комуникациите в момента са от най-голям интерес за ИТ индустрията. Това се проявява в развитието на безжичните системи и в основното запълване на електронните устройства с възможността да комуникират с друго оборудване, което преди няколко години нямаше никакво съмнение. Но и традиционните традиционни канали за предаване на информация не стоят неподвижни. Например концепцията за LVDS (диференциално сигнализиране с ниско напрежение) се основава на принципите на предаване на нисковолтови сигнали чрез няколко диференцирани канала. Този метод за организиране на излъчващ автобус е много ефективен и не изисква високи разходи.

Обща информация за интерфейса

Опростяването на безжичните технологии в полза на класическите канали все още предлага значителни предимства. Въпросът не е дори в стабилността на предаването на данни, а в бързината и непретенциозността по отношение на услугата. Що се отнася до динамиката, средната такава линия може да осигури 400-600 Mbit / s на една усукана двойка. Технологията LVDS се появи като отговор на запитвания при решаването на проблема с трансфера на информация на дълги разстояния. Но неговата съществена разлика от алтернативните методи е необичайна схема на разклонения. В края на краищата, какво е LVDS по отношение на техническите и строителството изпълнение? Това е набор от диференцирани кабелни канали, предназначени за обмен на данни между устройства и микросхеми. Самият хардуер не подлежи на стандартизация. Прилаганото оборудване може да бъде по принцип достъпно за интегриране на интерфейса. Но проводниците не представляват нещо, което надхвърля съвременните спецификации. Освен това успоредните линии могат да се основават на стари проводници без оптични мрежи. Същността на технологията се крие в начина, по който се организират тези канали.

Диференциалните сигнали имат ниско ниво на чувствителност с обхват от 250 до 450 mV. И в контекста на разглеждане на параметрите на линиите за предаване на данни, не може да се игнорира източниците на информация, с които работи интерфейсът LVDS. Описанието на крайните устройства може да бъде изразено във формата на предавателни драйвери, които се изпълняват като токови превключватели. Благодарение на този инструмент скоростта на обработка на сигнала е независима от основното напрежение в линията. Изхождайки от горепосоченото, е възможно да се направят две междинни заключения относно системата LVDS:

• В процеса на предаване на данни се приема малък обхват на сигнала по отношение на параметрите на чувствителност.
• Преводът се извършва с текущ характер.

На практика работата на интерфейса означава, че системата ще може да поддържа висока скорост дори при слабо разсейване на мощността. На конкретни цифри теоретичната скорост ще бъде 1923 Mbit / s, но производителите на готови решения все пак препоръчват да се придържат към нивото от 655 Mbit / s.

Характеристики на разпределението на диференциалните канали

Първо, трябва да разгледаме принципно диференциалния сигнал. Това е метод за предаване на данни през електрически мрежи, използващи антифазни линии. В съответствие с правилата за организация на такива канали, сигналът се излъчва под формата на диференциална двойка, в която всеки поток има собствен проводник. В този случай се осигурява инверсия - т.е. два сигнала с различни знаци участват в една двойка. Най-евтиният начин да се реализират тези двойки е да се използват усукани проводници, но също така се допускат двувълнови кабели и директно окабеляване на печатни платки. Тук е важно да се подчертае, че LVDS приемникът реагира специално на разликата между сигналите в двойката, а не на разликите между потенциала за заземяване и специфичния проводник.

Диференциалните двойки също имат специален дизайн. На схеми LVDS сигналите се наричат ​​RX (0-3), RXC и т.н. Изходният сигнал, означен като CLK, отразява честотата на пикселите, спектър от сигнали R / G / B на предавателя. На практика интерфейсът на диференциалния канал може да се използва за предаване на 18-битови и 24-битови цветове. В това отношение системата LVDS е най-близо до интерфейса на TMDS, но не прави разлика между отделни двойки диференциал. С други думи, става възможно всяка двойка да присвоява сигнали от определен цветови спектър.

Отделно внимание заслужава и диференциацията като начин за прехвърляне на контролните потоци. В този случай сигналите предават информация със специфични вериги и конфигурации. Например широко се използват сигнали за синхронизация на кадри и линии, както и канали, предаващи информация за разделителната способност на данните. Но възможно ли е да се съчетаят не само отделни двойки с различни данни, но групи от сигнали, които се различават по отношение на вида информация, която се съдържа? Това зависи от крайния приемник, с който работи интерфейсът LVDS? Описанието на принципа на обработка на тези данни може да бъде представено, както следва:

• Списъчният регистър на предавателя приема няколко групи информация от различни диференциални двойки.
• Приемникът преобразува формата на данните.
• Управителният съвет преразпределя потоците, като разпределя целевата информация.
• Интерфейсът на приемника настройва настройките на хардуера или извежда сигнала в областта за възпроизвеждане.

Определяне на качеството на сигнала

Операциите на базирани на LVDS системи се характеризират със скоростта и обхвата на предаване на информация. Това са основните показатели за качество, от които зависи оперативният потенциал на дадена линия. При идеални условия за използване на канала външните смущения отсъстват и съответно се постигат максимални възможни параметри на скоростта и обхвата без ограничения. Но тъй като на практика такива условия не се появяват, в процеса на проектиране и поддържане на LVDS интерфейси, е необходимо да се оцени тяхното качество.

Най-често срещаните методи за анализ на диференциални линии включват състава на диаграмата на очите. Тя, по-специално, визуално отразява нивото на изкривяване на сигнала. Съществува и количествена оценка, изразена чрез така наречения процент на трептене. В комплекса двете характеристики показват степента на разсейване на фотоните, която се определя от няколко фактора. Основните от тях могат да се нарекат intertersymbol interference, която определя атенюацията на сигнала и честотата му неравност. Също така самите канали за предаване на данни могат да се влияят взаимно. Това важи за съседни линии с изолация с лошо качество. Намаляването на тези смущения може да се направи чрез проследяване на борда.

Състав на канала

Пълна линия в системата LVDS се състои от предавател и свързваща инфраструктура, осигуряваща куп информационен източник и приемник. Максималната скорост в такъв канал е 622 Mbit / s, при условие, че се доближи до стандарта за конфигуриране. Свързващият носител се състои от печатна платка и окабеляване. Възможни са и варианти, при които един от компонентите може да отсъства. Но в този случай интерфейсът LVDS ще бъде ограничен както в обхвата, така и в скоростта на информационния трансфер, независимо от влиянието на външни фактори.

Платката функционира като основа за инсталиране на приемника или предавателя. Също така се практикува интегрирането на крайни вериги, съединители за свързване на функционални компоненти и друго спомагателно оборудване, включено в работата на системата. Ключово условие за работоспособността на комплекса е взаимната кореспонденция на всички негови елементи, чиято характеристика ще бъде техническата възможност за тяхното инсталиране върху песните на печатни платки. Проверката за грешки при избора на компоненти за канала LVDS се извършва по време на фазата на изпитване. Вече на практика, след като системата бъде включена в работния процес, премахването на несъответствията с импровизираните инструменти може да изисква големи финансови разходи и технически ресурси.

LVDS кабели и конектори

Свързващата инфраструктура се основава на кабелни контури и средства, които им позволяват да бъдат свързани. В диференциалния интерфейс се препоръчва използването на симетрична усукана двойка. Такъв кабел ще осигури оптимални характеристики на сигнала благодарение на поддържането на постоянно съпротивление (от порядъка на 100 ома) и съответствието на влиянието на пикапа в края на приемника. В същото време LVDS-кабелът и неговите параметри не са строго регулирани. Изключението може да включва определени показатели за производителност на проводника, конфигурация на разбивката по точки за контакт и т.н. При избора на кабел много зависи от специфичните изисквания за системата. Например, разстояние до 50 см позволява използването на почти всички видове кабелни носители. Разстояние до 10 см трябва да се обслужва от усукана двойка CAT3-5 стандарти. Скоростта в такава инфраструктура ще бъде до 400 Mbit / s.

Конекторите, използвани за създаване на LVDS връзки, също са избрани въз основа на проектните изисквания за системата. Но в почти всички случаи акцентът е върху възможността за обслужване на високоскоростен канал за предаване на данни, като се отчитат електромагнитните лъчения и външните смущения. Особено внимание се обръща на местоположението на линиите на контактите. Входният интерфейс може да има различни конфигурации на конектори, които се различават по дължина и потенциална величина на изкривяване. Конструкцията на линиите изисква използването на щифтове, които съответстват на проводниците на една двойка. Това ще позволи да балансирате индикаторите на скоростта, докато оптимизирате смущенията чрез допълнителни средства.

На практика създаването на диференциални канали с конектори е един от ключовите технически параметри. Важно е да го разгледате, когато свързвате крайния приемник с матрици. При основното ниво на производителност могат да се използват 30-пинови интерфейси. Но модерните устройства, които изискват все по-високи изисквания за честотна лента, са ориентирани към pinout LVDS до 40-пинов. Този съединител може да бъде едно- и двуканален - този нюанс също трябва да се има предвид при свързването.

Управление на потоците данни

За ефективно използване на диференциални канали не е достатъчно да се изберат подходящите функционални компоненти за характеристиките. Задачата за предоставяне на потоци данни се решава на етапа на развитие на конфигурацията на високоскоростните линии. Проектантът изгражда платформа с отделни предаватели, понякога използвайки и чиповете на serializers. Това са специални сигнални преобразуватели, осигурявайки паралелно-последователно разпределение. От друга страна, в края на приемника се инсталира десериализатор, който извършва обратната трансформация - от сериен към паралелен. Използването на serializers на практика прави възможно оптимизирането на честотата на високоскоростен канал до приемливи стойности за целевото устройство.

Методът за управление на информационните потоци се използва и чрез приемници и предаватели, интегрирани в оборудването. Например, Xilinx вгражда няколко порта в програмируемия интерфейс LVDS, за да побере компоненти от един и същ стандарт. Това решение има значително предимство под формата на оптимизиране на дизайна на устройството, което улеснява изграждането на архитектурата на целевия канал, като се вземат предвид необходимите индикатори за скоростта, независимо от изпълнението на външния интерфейс.

Използване на LVDS

Развитието на технологията се обуславя от повишените изисквания за предаване на видео информация. Конфигурацията на каналното устройство на този диференциален интерфейс е оптимална за обслужване на офис и домашно оборудване, което работи с фото, видео, 3D графики и други мултимедийни материали. И тъй като крайните устройства могат да действат и компютри, мрежови дистрибутори и дори системи за сателитна комуникация. Това означава, че интерфейсът LVDS и приложението му може да се нарече универсален от гледна точка на възможностите за интегриране в съвременните системи за предаване и обработка на цифрова информация. Най-често използваната технология е да свързва монитори с компютър и други източници на информация. Например, LCD панелите с висока разделителна способност използват LVDS автобуси с ниска консумация на енергия, но с широка честотна лента.

За организиране на високоскоростни потоци от данни се използват микросхеми, които могат да конвертират данни в 21-48 бита за многоканална LVDS система с последващо извеждане на часовников сигнал. Такива конфигурации се използват за обслужване на супер бързи сървъри и маршрутизатори. По принцип може да се каже, че диференциалното сигнализиране с ниско напрежение е подходящо за многоточкови системи, компонентите на които трябва да бъдат координирани от различни краища на информационния трансфер. Някои LVDS конвертори намерят своето място в индустрията, действайки под формата на произволни клавиши за данни.

LVDS система в монитори и матрици

Стандартизираните интерфейси за свързване на устройства за възпроизвеждане на видео като основен функционален компонент просто използват конекторите. Достатъчно е да изберете оптималния вход и да се организира свързваща линия. При избора на съединителя за специфично оборудване се вземат под внимание следните характеристики:

• Разделителната способност на монитора или матрицата.
• Размерът на екрана.
• Скорост на кадрите и др

Посоченото по-горе, например, до голяма степен зависи от диагонала. Например 8-инчов интерфейс LVDS може да бъде напълно интегриран в инфраструктурата чрез 20-пинов контактор. Увеличаването на контактите може да се случи не само на централната страна, но и на страните. Обикновено такива "щифтове" изпълняват функцията за заземяване.

Коригираният интерфейс осигурява напрежение за компонентите на матрицата, което също се различава в зависимост от размера на екрана. Обикновено първоначалната стойност от 3.3V е достатъчна за 15-инчови устройства или по-малко. Стандартните 12 V матрици доставят матрици с 19 инча и т.н. При свързване могат да се въведат предаватели с приемници. В съвременните панели те се изпълняват като чипове, но понякога се включват в състава на мащабиращи устройства, т.е. контролери на интерфейса LVDS. Схемите за свързване с това добавяне осигуряват най-малкото използването на 30-пинов конектор. Разпределението на сигналите чрез "пина" ще осигури класифициране в три основни групи:

• VCC е захранващото напрежение.
• VSS - заземяване.
• RX е входът на една от диференциалните двойки.

Предимства на използването на LVDS системи

Едно от основните предимства на този интерфейс е лекотата на управление, помирение и превключване. Повечето съвременни високоскоростни линии поемат използването на специални материали за едни и същи кабели и за управление на сигнала. При диференциалните канали се прилагат най-простите стандарти, които разширяват възможностите за използване на технологията. Типичната матрица за лаптоп на базата на LVDS може да осигури бързо превключване на предавателя до максимално ниво на производителност с увеличаване на скоростта на обработка на сигнала. Същевременно енергийните разходи се поддържат на ниски или средни нива в сравнение с конкурентните линии за предаване на данни. Оптимизацията в тази част се постига чрез намаляване на разхода на разсейване на мощността - не повече от 1,2 mW при импеданс от 100 ома. Някои производители на компоненти за LVDS също подчертават статистическата консумация на енергия. Икономическият фактор е привлекателен по отношение на разходите за компонентите, от които се формира инфраструктурата. Използването на същата усукана двойка в сравнение с влакното е напълно несъвместимо с разходите и при покупката, както и с разходите за поддръжка.

Част от предимствата се дължат на използването на диференциален метод за предаване на сигнал като такъв. Човек може да изтъкне простотата схеми за обмен на информация, и ниска чувствителност към смущения. Разбира се, ако не вземем предвид радиацията в съседни близко разположени канали. Чувствителността на интерфейса LVDS, когато работите в силни магнитни полета, също не е критична. Корекцията на фронтоните не оказва влияние върху качеството на трансмисията, поради което шумът се съхранява в приемливи стойности.

заключение

Архитектурата на повечето готови решения на технологичната платформа LVDS се характеризира с нейната производителност, икономичност и гъвкавост по отношение на промяна на функционалната конфигурация. Тази комбинация от положителни характеристики се постига чрез комбиниране на най-добрите качества на традиционния паралелен интерфейс (в най-новите версии - цифров) и принципите на серийна връзка. В резултат на това намаляването на броя на проводниците направи възможно използването на системата в компактни устройства, които в същото време изискват поддръжка на висококачествено предаване на сигнала. Всъщност матрицата за лаптоп, базирана на LCD контролери, демонстрира пълната гама от предимства на технологията. Такива решения се разработват от компании като Samsung, Philips, HP и други.

Можете да изпълнявате сами работния план, който често се извършва от домашни занаятчии с LCD панели. В този случай е необходим основен набор от функционални компоненти с кабел, конектор, чип контролер и крайни устройства. Но, както показва практиката, постигането на такова високо производително представяне е възможно само в редки случаи. Осъзнавайки това, производителите на компоненти на LVDS създават специални линии с инфраструктура за предаване на сигнала, която може да бъде интегрирана във всяка мултимедийна инсталация - най-важното е правилното корелиране на основните технически параметри. Що се отнася до принципа на проблемите с интерфейси от този тип, могат да възникнат външни смущения, но тези фактори са сведени до минимум чрез включване на изолационни и екраниращи системи. Те могат да бъдат интегрирани както като допълнително допълнение, така и като основен функционален елемент.