低电压差分信号传输(LVDS)在汽车电子中的应用

低电压差分信号传输(LVDS)已经在众多应用中得到验证，LVDS在传送高数据率信号的同时还具有其它优势: 与低电源电压的兼容性；低功耗；低辐射；高抗干扰性；简单的布线和终端匹配。

LVDS为差分模式(图1)，这种模式固有的共模抑制能力提供了高水平的抗干扰性，由于具有较高的信噪比，信号幅度可以降低到大约100mV (图2)，允许非常高的传输速率。较低的信号摆幅还有助于降低功耗。与上述优势相比，LVDS的缺陷(每一通道需要两根连线传输信号)已经显得微不足道。 

   
图1. 基本的LVDS发送接收结构

图2. LVDS的信号强度和幅度

随着汽车内部整合的安全和辅助电子设备的增加，汽车领域对高速互连的需求急剧增长，主要集中在用于驾驶支持(电子后视镜、导航系统、泊车距离控制、超视距显示、仰视显示)的视频显示系统，车载娱乐系统(电视和DVD播放器) 等，这些应用要求高速数据传输，以满足图像传递的要求。正是这些需求的增长，带动LVDS产品在这些领域崭露头角(图3)。 


  
图3. 汽车应用的典型LVDS连接  

LVDS非常适合汽车应用。汽车内部存在众多的电磁辐射源，因此，抗干扰能力是汽车电子设计最基本的要求。另外，考虑到LVDS传输线自身的低辐射优势，对系统的其它设施几乎不产生额外干扰。LVDS传输只需要简单的电阻连接，简化了电路布局，线路连接也非常简单(采用双绞铜质电缆)。LVDS兼容于各种总线拓扑: 点到点拓扑(一个发送器，一个接收器)； 多分支拓扑(一个发送器，多个接收器)； 多点拓扑(多个发送器，多个接收器)

汽车设计中存在一个关键问题，即车体不同位置的地电位有很大差异，电位差可能达到几伏特。直流耦合接口配置下，这样的电位差会很快中断数据传输。这个问题可以通过电容耦合传输信号解决，前提是信号传输中不会对电容在同一个方向长时间充电。

而实际应用无法排除这种同一方向长时间充电的可能性，比如，在传输长串的连续1信号时。MAX9213/9214 (图4)利用“直流平衡”技术避免了上述问题，这类器件监控它的传输数据，当显示有过长的连续1或0信号时，芯片会在发送数据前将数据翻转，接收器可以很容易地通过翻转信号重建原始信号。这些 *** 作消除了长串连续1或连续0信号，降低电容充电的影响，从而有效解决地电位偏差问题。 


   
图4. 两芯片传输方案，结合了收发功能和串行-解串功能

从图3可以看出另外一个潜在问题：众多的系统互连意味着大量的电缆连线，而在原有的汽车设计中电缆(线束)连接已经非常拥挤，为了解决这一问题，需要区分不同数据传输的要求，并非所有连接都要求特别高的速率，Maxim推出的MAX9217/9218可以通过一对儿双绞线提供高达700Mbps数据速率()。以这个容量可以毫不费力地连接480 x 800分辨率的显示器。 


   
图5. 交流耦合串行器和解串器的功能框图

为了进一步优化电磁辐射特性，Maxim的芯片还将并行数据显示过程中的所有切换 *** 作都同步到时钟频率上，这个频率可以在3MHz到35MHz范围调节(对于一个既定应用，采用所允许的最低时钟频率以最小化电磁辐射)。另外，通过降低数据流本身引起的开关量，包括特殊的编码和串行输出的共模滤波，也有助于改善电磁兼容性。光纤接口也可以改善EMI，但这种方案存在其它问题，而且价格昂贵。

LVDS器件必须具有较高的ESD保护，特别是输入、输出引脚，这也是汽车工业非常普遍的要求。这些引脚必需能够承受IEC 61000-4-2规定的±15kV气隙放电、±8kV接触放电，或者是ISO 10605规定的±25kV气隙放电、±8kV接触防电。

综上所述，无论是现在还是将来，LVDS接口都是汽车应用中连接板级系统的极好选择。 为了达到这一目标，Maxim基于第一代LVDS产品的测试以及应用中取得的经验，开发出了日益完善的芯片，在近几年内，这些芯片必将成为汽车总线系统设计中LVDS连接方案的主导产品。