LVDS電平是根據ANSI/EIA/TIA-644定義的一種電平標準,其標準定義的相關參數如下:
圖1 LVDS電平標準
標準參數的制定一方面取決于器件的制造工藝水平,另一方面取決于該標準面向的應用場景的性能要求。這意味著在不同的參數里,思考參數的取值的方法可能大相徑庭。
- LVDS電平基本原理
圖2 LVDS發送和接收電路的結構
LVDS的發送電路一般為圖2所示的全橋結構,當T1和T4導通時,發送側輸出的電流通過末端100歐姆的匹配電阻形成回路,此時電壓上正下負;當T2和T3導通時,末端電阻的電流流向逆轉,此時電壓下負上正,LVDS即通過此來傳輸高低電平。另外,發送電路內部一般都會有直流偏置來提供共模電壓。
2. 共模電壓
LVDS電平標準對共模電壓做了具體的要求,并且根據實際的芯片手冊來看,輸入輸出對共模電壓的要求并不一致,那么,共模電壓有什么作用,為什么共模電壓的要求會不一致呢。
圖3 SN65LVDS049 的輸入輸出參數
圖3截取了SN65LVDS049 的相關參數,可以看到其輸出共模電壓是1.125V ~ 1.375V,輸入共模電壓為0.05~2.35V,兩者相差較大,原因在于輸出參數為性能要求決定,通過內部偏置電壓,可以滿足參數的要求,而輸入參數則更多的由器件本身特性決定,它表示該器件可正常工作的一個范圍。至于為什么是這么一個范圍,則需要進一步分析。
LVDS的接收器是一個運放,運放的輸入級如圖4所示。
圖4 運放輸入級的結構
M1和M2組成電流鏡,為M3和M4組成的差分輸入對提供有源負載。使用電流鏡的原因是因為電流源的阻抗非常大,根據A v =gmR D ,理論上可以提供很大電壓增益,并且電流源也可提供穩定的偏置電流,減小溫度的影響。MOS管的跨導gm在飽和區較大且較為穩定,所以在放大電路中,MOS管一般工作在飽和區。為了滿足這個要求,我們需要對MOS管的工作點進行設置,這也是共模電壓的任務。
為了簡化分析,假設MOS的開啟電壓為0,如若要使MOS管工作在飽和區,要滿足V gd
Vcm -VDD -Von(sat)
即:
Vcm
顯然,Vcm應大于Vth ,故有:
Vth
可見,輸入共模電壓的取值是比較寬泛的,所以,當輸入電壓的值較大,輸入共模電壓的值自然會升高。而輸出共模電壓的值是內部偏置電壓決定的,兩者存在差異是正常的。
- 終端電阻、偏置電流源以及輸入門限電壓
終端匹配電阻取值100ohm主要是為了阻抗匹配。從標準上看,偏置電流源的大小也是可以調節的,擺幅低時傳輸距離短,但是可以達到更高的頻率,反之則傳輸距離可以變長但頻率上限會降低。門限電壓則可由器件工藝控制,是一個硬性指標。
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