LVDS信号的PCB设计

1、LVDS信号的工作原理和特点
对于高速电路，尤其是高速数据总线，常用的器件一般有：ECL、BTL、GTL和GTL＋等。这些器件的工艺成熟，应用也较为广泛，但都存在一个共同的弱点，即功耗大。新兴的CMOS工艺的低电压差分信号器件（即Low Voltage Differencial Signal 简称LVDS ）给了我们另一种选择。可以说LVDS器件为高速低功耗电路设计提供了新的选择，得到广大硬件工程师的钟爱。
LVDS器件的工作原理如下：

其中发送端是一个为3.5mA的电流源，产生的3.5mA的电流通过差分线的其中一路到接收端。由于接收端对于直流表现为高阻，电流通过接收端的100欧姆的匹配电阻产生350mA的电压，同时电流经过差分线的另一条流回发送端。当发送端进行状态变化时它通过改变流经100欧姆电阻的电流的方向产生有效的'0'和'1'态。
LVDS的特点是电流驱动模式，低电压摆幅350mV可以提供更高的信号传输率，使用差分传输的方式可以使信号的噪声和EMI都减少：LVDS有以下主要特点：
A、低的输出电压摆幅(350mV)
B、 低的信号边缘变化率, dV/dt 0.350V/0.5ns = 0.7V/ns
C、差分特征是磁干扰相互抵销，消除共模噪声，减少EMI。

2、LVDS信号在PCB上的要求

1)只要有LVDS信号的板最少都要有四层。LVDS信号布在与地平面相邻的布线层。例如，对于四层板而言，通常可以按以下进行层排布；LVDS信号层、地层、电源层、其他信号层。
2)对于LVDS信号，必须进行阻抗控制（通常将差分阻抗控制在100欧姆）。对于不能控制阻抗的PCB布线必须小于500MIL。这样的情况主要表现在连接器上，所以在布局时要注意将LVDS器件放在靠近连接器处，让信号从器件出来后就经过连接器到达另一单板。同样，让接收端也靠近连接器，这样就可以保证板上的噪声不会或很少耦合到差分线上。
3)对LVDS信号和其它信号比如TTL信号，最好使用不同的走线层，如果因为设计限制必须使用同一层走线，LVDS和TTL的距离应该足够远，至少应该大于3~5倍差分线间距。
4)对收发器的电源和地进行滤波处理，滤波电容的位置应该尽量靠近电源和地管脚，滤波电容的值可以参照器件手册。
5)对电源和地管脚与参考平面的连接应该使用短和粗的连线连接。同时使用多点连接。
6)保证信号的回流路径最短，同时没有相互间的干扰。
7)对走线方式的选择没有限制，微带线和带状线均可，但是必须注意有良好的参考平面。对不同差分线之间的间距要求间隔不能太小，至少应该大于3~5倍差分线间距。
8)对于点到点的拓扑，走线的阻抗通常控制在100欧，但匹配电阻可以根据实际的情况进行调整。电阻的精度最好是1％－2％。因为根据经验，10％的阻抗不匹配就会产生5％的反射。
9)对接收端的匹配电阻到接收管脚的距离要尽量的靠近，一般应小于7mm，最大不能超过12mm。

由此可见：在PCB设计上，我们主要关心的是阻抗的控制和线长。阻抗的计算可以通过相关阻抗计算软件算出。在某些大型的PCB设计工具中也内嵌了阻抗计算模块（如CADENCE的ALLEGRO）。
保持差分线的等长也是设计的重点，特别是经过连接器的LVDS信号，我们不仅要考虑互联单板的线长，更要关心连接器的信号排布对线长的影响。SKEW是和线长成比例的。

LVDS器件由于它的低功耗，在现在注重环保的大环境下的使用是越来越广泛。对于它的设计经验还望大家去探索挖掘。