用电容实现LVDS连接交流耦合的设计分析

LVDS(低压差分信号)是物理层数据接口标准，由TIA/EIA-64和IEEE 1596.3标准定义，主要为在平衡阻抗可控的100Ω介质上实现高速、低功耗和低噪声点对点通信而设计。与其它差分信号标准一样，LVDS由于消除了电磁辐射，它比单端信号辐射的噪声要低得多。同时外部噪声作为共模信号耦合到两条线上，被作为共模信号抑制掉，因此它的抗噪声能力比单端信号要强得多。另外，LVDS驱动器的输出采用电流驱动方式，与其它差分信号标准中电压驱动相比较，它减少了地线回流，消除了浪涌电流。降低电压摆幅(只有±350mV，PECL是±800mV，RS-422是2V)使LVDS能达到与PECL(>800Mbps)等同的数据速率，而功耗只有PECL的十分之一。

LVDS的高速、低功耗和低噪声特性使其成为电信和网络设备的背板互连、3G蜂窝电话基站中机架内部的互连、数字视频接口等应用的理想选择。除上述优点外，LVDS串行器和解串器(图1)还为系统设计节省了大量的空间和金钱。采用这种方案可以把互连密度降低5倍，在3G及其它具有大量板卡的通信应用中，节省大量的空间和费用。

使用电容实现LVDS数据连接的交流耦合有很多益处，比如电平转换、去除共模误差以及避免输入电压故障的发生。本文不仅介绍了电容的适当选型，也为和终端拓扑提供指导，同时也讨论了共模故障分析的问题。

LVDS逻辑输入是众多现有逻辑标准的一种。只要信号源可以为LVDS输入提供足够的幅度，典型值为差分100mV Vp-p，采用交流耦合就可以提供所需的电平转换。图2描述了一个负压ECL逻辑经交流耦合后将信号转换到LVDS逻辑的电路图。

优化共模电压

交流耦合LVDS的另外一个优点是允许接收IC设置其最优的共模电压。图3展示了一个典型的LVDS输入电路。一个通常为1.2V的内部参考电压为两个高阻端接电阻提供偏置。如果输入是交流耦合，接收IC可以将允许共模电压设置为内部的偏置电平。

过压保护

LVDS信号在汽车电子的串行解串器(SerDes)链路中总是采用交流耦合，因为这种配置可以防止汽车电池短路。对于任何通过电源配线槽的信号线，一个基本要求是必须能够忍受与电池电压短路而不损坏。采用交流耦合的LVDS链路，当耦合电容充电到电池电压时，仅仅会有一个短暂的大电流脉冲。电流的幅度峰值是短路时实际阻抗的函数。电流毛刺的持续时间是耦合电容以及LVDS输入输出保护结构的函数。虽然SerDes链路在短路时并不工作，但当短路故障解除后可恢复工作。



图1：串行器-解串器典型应用电路。



图2：ECL－LVDS电平转换配置。



图3：LVDS输入偏置电路。



图4：LVDS端接电路。