M-LVDS優(yōu)化高密度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)緊湊模塊化設(shè)計(jì)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）現(xiàn)代的分布式計(jì)算系統(tǒng)數(shù)據(jù)量急劇上升，但是需要采用更小的模塊，因此這些模塊必須通過(guò)速度更快的背板傳輸更多數(shù)據(jù)。在這些系統(tǒng)需求里，需要多點(diǎn)低壓差分信號(hào)M-LVDS為這種高密度的系統(tǒng)提供優(yōu)化。



M-LVDS優(yōu)劣勢(shì)

M-LVDS是電信行業(yè)協(xié)會(huì)和電子行業(yè)協(xié)會(huì)根據(jù)TIA/EIA-899-A頒布的物理層標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)別于LVDS低電壓差分信號(hào)只適用于高速點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，M-LVDS能面向多點(diǎn)應(yīng)用。而且相對(duì)于LVDS，M-LVDS躍遷時(shí)間可控且面向總線空閑條件提供故障安全接收器選項(xiàng)。

具體來(lái)說(shuō)，M-LVDS通過(guò)增加收發(fā)器的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度和拓展共模范圍實(shí)現(xiàn)了在LVDS基礎(chǔ)上的多點(diǎn)通信。在保證原LVDS具備的抗噪聲能力的基礎(chǔ)上，M-LVDS相對(duì)來(lái)說(shuō)功耗更低。

M-LVDS優(yōu)勢(shì)很多，其中最受人看重的肯定是通信數(shù)據(jù)速率。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線和長(zhǎng)電纜通信，RS-485和CAN是我們熟知的可靠方案。RS-485和CAN的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到50Mbps，但是很難提供更高的帶寬。工業(yè)以太網(wǎng)帶寬做了提升，能以100Mbps和1Gbps帶寬運(yùn)行，足夠的帶寬能夠支持更高的數(shù)據(jù)速率，但是，它不支持通過(guò)單個(gè)介質(zhì)進(jìn)行多點(diǎn)通信。

M-LVDS可以在多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)上提供250Mbps的高數(shù)據(jù)速率，非常適合短電纜和背板應(yīng)用。最常拿來(lái)與M-LVDS對(duì)比的RS-485，同樣是通過(guò)多點(diǎn)差分總線交換二進(jìn)制數(shù)據(jù)的電氣標(biāo)準(zhǔn)。相比之下RS-485在數(shù)據(jù)速率上是略遜一籌的。

差分信號(hào)技術(shù)保證二者在功耗、抗噪聲性能上的優(yōu)異，M-LVDS更適合短電纜和背板應(yīng)用，更高的速度能大大降低EMI輻射；RS-485在長(zhǎng)電纜傳輸上有更高的擺幅和更寬的共模輸入范圍，在長(zhǎng)距離傳輸上更具優(yōu)勢(shì)。

多點(diǎn)通信帶來(lái)了鏈路配置上極大的靈活度，在連接兩個(gè)處理器的標(biāo)準(zhǔn)單端通信鏈路里將M-LVDS收發(fā)器添加到處理器I/O，單端鏈路就會(huì)變成差分鏈路，數(shù)據(jù)傳輸距離得以提升。處理器I/O可以驅(qū)動(dòng)收發(fā)器的驅(qū)動(dòng)使能引腳而無(wú)需使用專門的Mac或控制器，并且可以在MCU或FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的協(xié)議。

在現(xiàn)階段的工業(yè)組網(wǎng)內(nèi)，M-LVDS相較于RS-485并不是一個(gè)低成本的方案，但是往更快的速率發(fā)展是一個(gè)確定的趨勢(shì)。

M-LVDS應(yīng)用在何處？

上面已經(jīng)提到過(guò)，對(duì)于背板應(yīng)用，M-LVDS的特性使它成為在數(shù)據(jù)采集機(jī)架內(nèi)實(shí)現(xiàn)連接的很理想的選擇。在這些機(jī)架中，檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)和通信功能通過(guò)各種I/O模塊卡實(shí)現(xiàn)。模塊化的背板結(jié)構(gòu)構(gòu)建了可拓展的高效的過(guò)程控制系統(tǒng)，適用于分布式計(jì)算系統(tǒng)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等等。

單個(gè)M-LVDS線路可以連接至多32個(gè)模塊卡，250Mbps帶寬，尺寸緊湊的M-LVDS收發(fā)器可以拓展支持多條線路以實(shí)現(xiàn)更高的帶寬。ESD能力也是M-LVDS器件非常重要的能力，在某些嚴(yán)苛的靜電環(huán)境里對(duì)魯棒板間應(yīng)用的器件ESD要求很高，而且還要求極低抖動(dòng)。

M-LVDS還有一個(gè)比較火的應(yīng)用是在電機(jī)控制，作為控制器和多個(gè)編碼器、溫感之間的接口。過(guò)去這是RS-485的天下，但隨著帶寬的一步步提升，RS-485已經(jīng)達(dá)到了其速度上限，M-LVDS更高的帶寬解放了這一限制。另一方面，M-LVDS保證了此前RS-485編碼器鏈路通信的穩(wěn)定。正如上面提到的二者的優(yōu)劣勢(shì)，隨著越來(lái)越多傳感器加入，在中短距離的高帶寬編碼器鏈路里，M-LVDS將會(huì)是更好的一種選擇。

各廠商M-LVDS器件性能

這里列舉一些市面上常見的M-LVDS器件，首先是ADI的ADN4680E，這是ADI的4通道數(shù)，數(shù)據(jù)速率最快（250Mbps）的一款器件。ADN4680E囊括四個(gè)M-LVDS收發(fā)器，采用半雙工配置，總線引腳上提供高達(dá)±15 kV的超高級(jí)別ESD保護(hù)，是高密度系統(tǒng)最合適的選擇。

TI的M-LVDS這里挑的是SN65MLVD040，4通道半雙工M-LVDS收發(fā)器，最高數(shù)據(jù)速率250Mbps。驅(qū)動(dòng)器的上升和下降時(shí)間介于1ns和2ns之間，同時(shí)還能容納總線上的短截線。接收器輸出受壓擺率控制，以減少與大電流浪涌相關(guān)的EMI和串?dāng)_效應(yīng)，器件有±7kV級(jí)別的ESD保護(hù)。

納芯微的NLC53xx可支持最高200Mbps的傳輸速率，采用全雙工在-1V至3.4V的共模電壓范圍內(nèi)檢測(cè)50 mV差分輸入的總線狀態(tài)。I/O端口支持±8kV級(jí)別的ESD防護(hù)。

小結(jié)

M-LVDS在中短距離的傳輸上，基于LVDS拓展了多點(diǎn)通信的優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)緊湊模塊化設(shè)計(jì)，優(yōu)化高密度系統(tǒng)非常合適的選擇。