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LVDS多媒體接口在汽車電子領域的應用前景


www.unleashyourdreambiz.com 2011年2月10日

            本文討論LVDS的各種多媒體特性,其中包括:低電源電壓、低功耗、低輻射、高抗干擾能力以及簡單的電纜布線與終端匹配。    低電壓差分信號傳輸(LVDS)已經在眾多應用中得到驗證,LVDS在傳送高數據率信號的同時還具有其它優勢:     * 與低電源電壓的兼容性     * 低功耗     * 低輻射     * 高抗干擾性     * 簡單的布線和終端匹配    LVDS為差分模式(圖1),這種模式固有的共模抑制能力提供了高水平的抗干擾性,由于具有較高的信噪比,信號幅度可以降低到大約100mV (圖2),允許非常高的傳輸速率。較低的信號擺幅還有助于降低功耗。與上述優勢相比,LVDS的缺陷(每一通道需要兩根連線傳輸信號)已經顯得微不足道。   圖1. 基本的LVDS發送接收結構   圖2. LVDS的信號強度和幅度   隨著汽車內部整合的安全和輔助電子設備的增加,汽車領域對高速互連的需求急劇增長,主要集中在用于駕駛支持(電子后視鏡、導航系統、泊車距離控制、超視距顯示、仰視顯示)的視頻顯示系統,車載娛樂系統(電視和DVD播放器)等,這些應用要求高速數據傳輸,以滿足圖像傳遞的要求。正是這些需求的增長,帶動LVDS產品在這些領域嶄露頭角(圖3)。   圖3.汽車應用的典型LVDS連接   LVDS非常適合汽車應用。汽車內部存在眾多的電磁輻射源,因此,抗干擾能力是汽車電子設計最基本的要求。另外,考慮到LVDS傳輸線自身的低輻射優勢,對系統的其它設施幾乎不產生額外干擾。LVDS傳輸只需要簡單的電阻連接,簡化了電路布局,線路連接也非常簡單(采用雙絞銅質電纜)。LVDS兼容于各種總線拓撲:   * 點到點拓撲(一個發送器,一個接收器)     * 多分支拓撲(一個發送器,多個接收器)     * 多點拓撲(多個發送器,多個接收器)    汽車設計中存在一個關鍵問題,即車體不同位置的地電位有很大差異,電位差可能達到幾伏特。直流耦合接口配置下,這樣的電位差會很快中斷數據傳輸。這個問題可以通過電容耦合傳輸信號解決,前提是信號傳輸中不會對電容在同一個方向長時間充電。   而實際應用無法排除這種同一方向長時間充電的可能性,比如,在傳輸長串的連續1信號時。MAX9213/9214 (圖4)利用“直流平衡”技術避免了上述問題,這類器件監控它的傳輸數據,當顯示有過長的連續1或0信號時,芯片會在發送數據前將數據翻轉,接收器可以很容易地通過翻轉信號重建原始信號。這些操作消除了長串連續1或連續0信號,降低電容充電的影響,從而有效解決地電位偏差問題。   圖4. 兩芯片傳輸方案,結合了收發功能和串行-解串功能   從圖3可以看出另外一個潛在問題:眾多的系統互連意味著大量的電纜連線,而在原有的汽車設計中電纜(線束)連接已經非常擁擠,為了解決這一問題,需要區分不同數據傳輸的要求,并非所有連接都要求特別高的速率,Maxim推出的MAX9217/9218可以通過一對兒雙絞線提供高達700Mbps數據速率(圖5)。以這個容量可以毫不費力地連接480 x 800分辨率的顯示器。   圖5. 交流耦合串行器和解串器的功能框圖   為了進一步優化電磁輻射特性,Maxim的芯片還將并行數據顯示過程中的所有切換操作都同步到時鐘頻率上,這個頻率可以在3MHz到35MHz范圍調節(對于一個既定應用,采用所允許的最低時鐘頻率以最小化電磁輻射)。另外,通過降低數據流本身引起的開關量,包括特殊的編碼和串行輸出的共模濾波,也有助于改善電磁兼容性。光纖接口也可以改善EMI,但這種方案存在其它問題,而且價格昂貴。   LVDS器件必須具有較高的ESD保護,特別是輸入、輸出引腳,這也是汽車工業非常普遍的要求。這些引腳必需能夠承受IEC 61000-4-2規定的±15kV氣隙放電、±8kV接觸放電,或者是ISO 10605規定的±25kV氣隙放電、±8kV接觸防電。   綜上所述,無論是現在還是將來,LVDS接口都是汽車應用中連接板級系統的極好選擇。 為了達到這一目標,Maxim基于第一代LVDS產品的測試以及應用中取得的經驗,開發出了日益完善的芯片,在近幾年內,這些芯片必將成為汽車總線系統設計中LVDS連接方案的主導產品。


 

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