Низковольтная дифференциальная передача сигналов (англ. low-voltage differential signaling или LVDS) — способ передачи электрических сигналов, позволяющий передавать информацию на высоких частотах при помощи дешёвых соединений на основе медной витой пары. Стандарт разрабатывался и продвигался компанией Texas Instruments. Начиная с 1994 года низковольтная дифференциальная передача сигналов используется в компьютерной индустрии, где нашла широкое применение для создания высокоскоростных компьютерных сетей и компьютерных шин. Стандартизовано как ANSI/TIA/EIA-644-A в 2001 году.

Отличия от несимметричной передачи сигналов

При низковольтной дифференциальной передаче для передачи одного сигнала используется дифференциальная пара; это означает, что передающая сторона подаёт на проводники пары различные уровни напряжения, которые сравниваются на приёмной стороне: для кодирования информации используется разница напряжений на проводниках пары. Передатчик направляет небольшой ток (порядка 3,5 мА) в один из сигнальных проводников, в зависимости от того, какой логический уровень надо передать. На приёмной стороне ток проходит через резистор сопротивлением 100—120 Ом (в зависимости от волнового сопротивления кабеля) и возвращается к отправителю по другому проводнику. В соответствии с законом Ома напряжение на резисторе будет составлять около 350 мВ. Приёмная сторона определяет полярность этого напряжения для того, чтобы определить логический уровень. Такой тип передачи называется токовая петля.

Небольшая амплитуда сигнала, а также высокая электромагнитная связь проводов пары друг с другом позволяют уменьшить излучаемые вовне помехи и рассеиваемую мощность.

Небольшое синфазное напряжение (среднее напряжение между двумя проводами) обычно составляет около 1,25 В, что позволяет использовать LVDS во многих СБИС с напряжением питания 2,5 В и ниже. Как упоминалось выше, напряжение между парами составляет 350 мВ, что позволяет по сравнению с другими способами передачи сигналов значительно снизить потребляемую мощность. Например, статическая мощность, рассеиваемая на нагрузочном резисторе LVDS, составляет всего 1,2 мВт, по сравнению с 90 мВт, рассеиваемыми на нагрузочном резисторе интерфейса RS-422. Без нагрузочного резистора для каждого бита данных приходилось бы нагружать и разгружать весь проводник. Использование нагрузочного резистора и высоких частот передачи приводит к тому, что бит покрывает лишь часть проводника (в процессе передачи со скоростью электромагнитных колебаний в среде), что является более энергоэффективным.

LVDS — не единственная используемая дифференциальная система. Но она остается единственной, сочетающей в себе высокие скорости и небольшое рассеивание энергии.

Применение LVDS

LVDS стала популярна в конце 90-х гг. XX века. До того времени компьютеры были слишком медленны, чтобы требовать столь высоких скоростей передачи данных, и использовали большое количество проводников. Однако пользователи мультимедиа и суперкомпьютеров проявили широкий интерес к данной системе, так как нуждались в передаче больших объемов данных на расстояния порядка нескольких метров.

LVDS используется в таких компьютерных шинах как HyperTransport, FireWire, USB 3.0, PCI Express, DVI, Serial ATA и RapidIO. Также поддерживается в SCSI, начиная с версии Ultra-2 SCSI для увеличения допустимых длин проводов и скоростей.

Современные ПЛИСы (например, от Altera или Xilinx) имеют LVDS-порты, что позволяет разрабатывать любые устройства, работающие с шиной на основе LVDS-технологии.

Сравнение с параллельной передачей данных

LVDS часто используется для последовательной передачи данных, посылая их бит за битом по одной паре проводов. При обычной параллельной передаче несколько бит передаются одновременно по группе проводов с использованием общей земли. Высокие скорости LVDS и использование самосинхронизирующихся кодов позволяют передавать больше данных по меньшему количеству проводов, чем в случае параллельной шины. Устройство преобразования между последовательными и параллельными шинами называется сериализатор/десериализатор (сериалайзер/десериалайзер) (англ. serializer/deserializer, SerDes).

Многоточечный LVDS

Когда скорости последовательной передачи не хватает, данные могут передаваться параллельно по нескольким парам LVDS для каждого бита или байта (например, как в PCI Express или в HyperTransport). Такая система называется шиной LVDS (англ. bus LVDS, BLVDS). Стандартные передатчики рассчитаны на использование в соединениях точка-точка, но для использования в многоточечных шинных системах модифицированные передатчики имеют большие выходные токи, которые могут нагружать несколько терминирующих резисторов.

Существует стандарты на подобные системы: BLVDS и LVDM (от Texas Instruments). Также существует стандарт TIA-899 Multipoint LVDS (MLVDS), который используется в AdvancedTCA. MLVDS имеет 2 типа приемников. Тип 1 практически совместим с LVDS и использует порог в 0 В. Тип 2 использует порог в 0,1 В, чтобы избегать различных ошибок, например возникновения незамкнутых и короткозамкнутых цепей.

Ссылки

• Введение в LVDS RUS