И. Фурман, Е. Звонарев
Скоростные интерфейсы LVDS и M-LVDS
Разрядность и быстродействие контроллеров, процессоров и изделий на их основе постоянно возрастают. Производительность всей системы сильно зависит от скорости обмена данными между устройствами. В последнее время для этого всё чаще используют высокоскоростные интерфейсы LVDS (Low-Voltage Differential Signaling или дифференциальный метод передачи с использованием сигналов низкого уровня) и M-LVDS (Multipoint-LVDS или многоточечный двунаправленный способ обмена информацией). Они позволяют организовать сверхскоростной обмен между микросхемами на печатной плате, а также эффективное взаимодействие между блоками и стойками. На передающей стороне параллельный код преобразуется в последовательный. На принимающей - выполняется обратное преобразование информации. Такой способ обмена позволяет существенно уменьшить количество соединительных проводников, сократить габариты разъемов при увеличении надежности и уменьшении стоимости всего комплекса.
На рис. 1 показаны соотношения скорости обмена и допустимого расстояния для разных интерфейсов. Обратите внимание, что масштаб по осям логарифмический! Из рис. 1 очень хорошо видно, что каждый тип интерфейса имеет свою нишу и предназначен для определенных областей применения. Основное назначение любого последовательного интерфейса - "сворачивание" параллельного кода в скоростной последовательный канал и "разворачивание" последовательного кода в параллельный на приемной стороне.
Рисунок 1. Соотношения между скоростью обмена и расстоянием для разных интерфейсов
При расстояниях до 30 м и скоростях передачи менее 50 Мбит/с обычно используют интерфейсы стандартов TIA/EIA-422 (RS-422, multidrop) и TIA/EIA-485 (RS-485, multipoint). Выходные дифференциальные сигналы высокого уров-ня, чувствительные приемники и работоспособность при уровнях помех до 7 В - их положительные качества для обеспечения эффективного обмена данными между удаленным оборудованием. Для скоростей передачи более 50 Мбит/с или в устройствах, где очень важно низкое потребление энергии, применяют интерфейсы LVDS или M-LVDS. Передача и прием со скоростью около 10 Гбит/с обеспечивается эмиттерно-связанной логикой (ECL - emitter-coupled logic) или положительной эмиттерно-связанной логикой (PECL - positive ECL). Однако такая высокая скорость обмена достигается за счет увеличения стоимости при сильном росте потребляемой мощности.
Немаловажным параметром является экономичность каждого типа интерфейса. На рис. 2 показана диаграмма потребления мощности некоторыми интерфейсами и типами логики. Стоит отметить, что LVDS и M-LVDS занимают лидирующие позиции по этому параметру. Вдобавок к этому, только что отмеченные интерфейсы работоспособны при самых низких питающих напряжениях среди показанных на рис. 2.
Рисунок 2. Сравнение потребляемой мощности для разных способов передачи и приема данных
Благодаря токовому выходу оконечного каскада (рис. 3), потребляемая мощность LVDS и M-LVDS практически не зависит от скорости передачи информации.
Рисунок 3. Структурная схема выходного каскада LVDS (токовый выход)
Эти положительные особенности особенно важны для автономных и портативных устройств. Сигналы низкого уровня и дифференциальная схема передачи существенно облегчают решение проблемы электромагнитной совместимости, что добавляет очки в копилку положительных качеств рассматриваемых интерфейсов LVDS и M-LVDS.
На рис. 4 показан обзор микросхем интерфейсов LVDS фирмы Texas Instruments. Некоторые из них позволяют получить скорость обмена до 2 Мбит/c. Но как для спортивного скоростного автомобиля требуется специальная трасса, так и для достижения сверхвысоких скоростей обмена данными необходим тщательный подход к проектированию всего тракта передачи и приема.
Рисунок 4. Интерфейсы LVDS фирмы Texas Instruments
На рис. 5 показаны возможные способы обмена между устройствами. Simplex (точка-точка) позволяет передавать информацию только в одну сторону и только одному приемнику. На приемной стороне тракта передачи обязательно наличие согласующего резистора (терминатора). Вариант Multidrop содержит в своем составе один передатчик и несколько приемников (каждый из них располагается рядом с основной линией передачи). И в этом случае необходимо наличие только одного резистора для устранения отраженных сигналов.
Рисунок 5. Варианты обмена информацией - от Simplex до Multipoint
Полудуплекс позволяет организовать двухсторонний обмен данными, но с разделением во времени, то есть в любой момент времени передача информации может происходить только в одном направлении (отсюда и приставка полу-). При полудуплексе точка-точка обмен происходит только между двумя устройствами. При многоточечном полудуплексе (Multipoint) двухсторонний обмен возможен между любыми устройствами, но опять же с условием временного разделения потоков информации. В этом случае терминальные резисторы должны быть установлены на обеих сторонах основного канала передачи и приема (рис. 5).
Интерфейсы LVDS (один передатчик - несколько приемников, стандарт TIA/EIA-644) не позволяют напрямую организовать двунаправленный многоточечный обмен, как это возможно с помощью интерфейсов RS-485 (стандарт TIA/EIA-485). Для создания многоточечного полудуплексного режима "Несколько передатчиков - несколько приемников на одной шине" фирмами Texas Instruments и National Semiconductor был создан многоточечный интерфейс M-LVDS (стандарт TIA/EIA-899-2001), с помощью которого возможен двухсторонний обмен данными (Half-Duplex Multipoint - многоточечный полудуплекс). M-LVDS - это высокоскоростной экономичный многоточечный RS-485, позволяющий создать сеть, включающую в себя до 32 узлов со скоростью обмена до 500 Мбит/c.
На рис. 5 представлены микросхемы M-LVDS и LVDM интерфейсов Texas Instruments.
Интерфейсные микросхемы LVDM имеют в два раза более мощный токовый выход. Это необходимо при работе на линию с двумя согласующими резисторами (полудуплексный обмен). Эти приборы были специально разработаны для создания скоростной шинной архитектуры M-LVDS. У фирмы National Semiconductor подобные микросхемы называются BusLVDS или BLVDS. Для LVDM и BusLVDS выходной ток лежит в пределах от 8 до 10 мА. Для M-LVDS - около 11 мА.
В номенклатуре Texas Instruments есть и LVDT-интерфейсы. Наличие буквы "Т" говорит о том, что внутри микросхемы имеется встроенный согласующий резистор (терминатор) сопротивлением около 100 Ом. Следует учесть, что LVDT-микросхемы можно устанавливать только на оконечных (основных) узлах основного тракта, так как на промежуточных узлах согласующие резисторы не нужны.
В табл. 1 приведены основные типы микросхем для шинной архитектуры M-LVDS.
Таблица 1. Интерфейсы M-LVDS / LVDM фирмы Texas Instruments
| Наимено вание | Функцио нальное назначение | Tx* | Rx** | Входной сигнал | Выходной сигнал | Ско рость, Мбит/c | Tx_tpd тип., нс | Rx_tpd тип., нс | Icc макс., мА | ESD HBM, кВ | Uпит, В | Корпус |
| M-LVDS трансиверы | ||||||||||||
| SN65MLVD200 | M-LVDS трансивер, полудуплекс | 1 | 1 |
LVTTL, M-LVDS |
LVTTL, M-LVDS |
100 | 2,3 | 4,6 | 26 | 3 | 3,3 | 8SOP |
| SN65MLVD201 | M-LVDS трансивер, полудуплекс | 1 | 1 |
LVTTL, M-LVDS |
LVTTL, M-LVDS |
200 | 2 | 4 | 26 | 3 | 3,3 | 8SOP |
| SN65MLVD202 | M-LVDS трансивер, полный дуплекс | 1 | 1 |
LVTTL, M-LVDS |
LVTTL, M-LVDS |
100 | 2,3 | 4,6 | 26 | 3 | 3,3 | 14SOP |
| SN65MLVD203 | M-LVDS трансивер, полный дуплекс | 1 | 1 |
LVTTL, M-LVDS |
LVTTL, M-LVDS |
200 | 2 | 4 | 26 | 3 | 3,3 | 14SOP |
| SN65MLVD204 | M-LVDS трансивер, полудуплекс | 1 | 1 |
LVTTL, M-LVDS |
LVTTL, M-LVDS |
100 | 2,3 | 4,6 | 4 | 2 | 3,3 | 8SOP |
| SN65MLVD205 | M-LVDS трансивер, полный дуплекс | 1 | 1 |
LVTTL, M-LVDS |
LVTTL, M-LVDS |
100 | 2,3 | 4,6 | 26 | 3 | 3,3 | 14SOP |
| SN65MLVD206 | M-LVDS трансивер, полудуплекс | 1 | 1 |
LVTTL, M-LVDS |
LVTTL, M-LVDS |
200 | 2 | 4 | 26 | 3 | 3,3 | 8SOP |
| SN65MLVD207 | M-LVDS трансивер, полный дуплекс | 1 | 1 |
LVTTL, M-LVDS |
LVTTL, M-LVDS |
200 | 2 | 4 | 26 | 3 | 3,3 | 14SOP |
| LVDM трансиверы | ||||||||||||
| SN65LVDM176 | LVDM трансивер, полудуплекс | 1 | 1 |
LVTTL, LVDM |
LVTTL, LVDM |
400 | 1,7 | 3,7 | 15 | 15 | 3,3 |
8SOP; 8VSOP |
| SN65LVDM179 | LVDM трансивер, полный дуплекс | 1 | 1 |
LVTTL, LVDM |
LVTTL, LVDM |
500 | 1,7 | 3,7 | 15 | 12 | 3,3 |
8SOP; 8VSOP |
| SN65LVDM180 | LVDM трансивер, полный дуплекс | 1 | 1 |
LVTTL, LVDM |
LVTTL, LVDM |
500 | 1,7 | 3,7 | 13 | 12 | 3,3 |
14SOP; 14TSSOP |
| Сдвоенные LVDM передатчики/приемники | ||||||||||||
| SN65LVDM050 | 2 х LVDM передатчика/приемника | 2 | 2 |
LVTTL, LVDM |
LVTTL, LVDM |
500 | 1,7 | 3,7 | 27 | 12 | 3,3 |
16SOP; 16TSSOP |
| SN65LVDM051 | 2 х LVDM передатчика/приемника | 2 | 2 |
LVTTL, LVDM |
LVTTL, LVDM |
500 | 1,7 | 3,7 | 27 | 12 | 3,3 |
16SOP; 16TSSOP |
| Сдвоенный LVDM мультиплексор-повторитель | ||||||||||||
| SN65LVDM22 | 2 х LVDM мультиплексора-повторителя | 2 | 2 | LVDM | LVDM | 250 | 4 | 4 | 27 | 12 | 3,3 |
16SOP; 16TSSOP |
| 8-бит трансивер с регистрами | ||||||||||||
| SN65LVDM320 | Трансивер 8-бит с регистрами | 8 | 8 | LVCMOS | LVDM | 475 | 3,3 | 3,3 | 130 | 12 | 3,3 | 64TSSOP |
| 9-канальные LVD-SCSI трансиверы | ||||||||||||
| SN75LVDM976 | 9 х LVD-SCSI трансиверов | 9 | 9 | CMOS | LVD-SCSI | 2,9 | 4,5 | 26 | 2 | 5 |
56SSOP; 56TSSOP |
|
| SN75LVDM977 | 9 х LVD-SCSI трансиверов | 9 | 9 | TTL | LVD-SCSI | 2,9 | 4,5 | 26 | 2 | 5 |
56SSOP; 56TSSOP |
|
| 16-канальные LVDM трансиверы | ||||||||||||
| SN65LVDM1676 | 16 х LVDM трансиверов | 16 | 16 |
LVTTL, LVDM |
LVTTL, LVDM |
630 | 2,5 | 3 | 175 | 15 | 3,3 | 64TSSOP |
| SN65LVDM1677 | 16 х LVDM трансиверов с резисторами | 16 | 16 |
LVTTL, LVDM |
LVTTL, LVDM |
630 | 2,5 | 3 | 175 | 15 | 3,3 | 64TSSOP |
| 4-канальный LVDM передатчик | ||||||||||||
| SN65LVDM31 | 4 х LVDM передатчика | 4 | LVCMOS | LVDM | 150 | 2,3 | 40 | 12 | 3,3 | 16SOP | ||
- *) - количество передатчиков.
- **) - количество приемников.
В табл. 2 показано соответствие между некоторыми микросхемами интерфейсов LVDS и M-LVDS ведущих мировых производителей.
Таблица 2. Соответствие интерфейсных микросхем LVDS и M-LVDS ведущих мировых производителей
| Произво дитель | Наименование | аименование фирмы Texas Instruments | Степень соответствия* |
| Fairchild | FIN1017 | SN65LVDS1 | P |
| Fairchild | FIN1018 | SN65LVDS2 | P |
| Fairchild | FIN1018 | SN65LVDT2 | P |
| Fairchild | FIN1022 | SN65LVDM22 | P |
| Fairchild | FIN1022 | SN65LVDS22 | P |
| Fairchild | FIN1027 | SN65LVDS9638 | P |
| Fairchild | FIN1028 | SN65LVDS9637 | P |
| Fairchild | FIN1031 | SN65LVDS31 | Q |
| Fairchild | FIN1032 | SN65LVDS32 | Q |
| Maxim | MAX9110 | SN65LVDS1 | P |
| Maxim | MAX9111 | SN65LVDS2 | P |
| Maxim | MAX9111 | SN65LVDT2 | P |
| Maxim | MAX9112 | SN65LVDS9638 | P |
| Maxim | MAX9152 | SN65LVDM22 | P |
| Maxim | MAX9152 | SN65LVDS22 | P |
| NSC | DS90CP22 | SN65LVDM22 | P |
| NSC | DS90CP22 | SN65LVDS22 | P |
| NSC | DS90LV010 | SN65LVDM176 | P |
| NSC | DS90LV011A | SN65LVDS1 | Q |
| NSC | DS90LV017 | SN65LVDS1 | P |
| NSC | DS90LV017A | SN65LVDS1 | P |
| NSC | DS90LV018A | SN65LVDT2 | P |
| NSC | DS90LV019 | SN65LVDS180 | P |
| NSC | DS90LV027 | SN65LVDS9638 | P |
| NSC | DS90LV027A | SN65LVDS9638 | P |
| NSC | DS90LV028A | SN65LVDS9637 | P |
| NSC | DS90LV031 | SN65LVDM31 | Q |
| NSC | DS90LV031 | SN65LVDS31 | S |
| NSC | DS90LV031A | SN65LVDM31 | Q |
| NSC | DS90LV031A | SN65LVDS31 | S |
| NSC | DS90LV031B | SN65LVDM31 | Q |
| NSC | DS90LV031B | SN65LVDS31 | Q |
| NSC | DS90LV032 | SN65LVDS32 | S |
| NSC | DS90LV032A | SN65LVDS32 | S |
| NSC | DS90LV047 | SN65LVDS047 | S |
| NSC | DS90LV047A | SN65LVDS047 | S |
| NSC | DS90LV048 | SN65LVDS048A | S |
| NSC | DS90LV048A | SN65LVDS048A | S |
| NSC | DS92LV010 | SN65LVDM176 | P |
| NSC | DS92LV010A | SN65LVDM176 | P |
| NSC | DS92LV090 | SN75LVDM976 | P |
| NSC | DS92LV090 | SN75LVDM977 | P |
| NSC | DS92LV090A | SN75LVDM976 | P |
| NSC | DS92LV090A | SN75LVDM977 | P |
| NSC | DS92LV1021 | SN65LVDS1021 | Q |
| NSC | DS92LV1023 | SN65LVDS1023 | Q |
| NSC | DS92LV1212 | SN65LVDS1212 | Q |
| NSC | DS92LV1224 | SN65LVDS1224 | Q |
| NSC | DS92LV222 | SN65LVDM22 | P |
| NSC | DS92LV222 | SN65LVDS22 | P |
| NSC | DS92LV222A | SN65LVDM22 | P |
| NSC | DS92LV222A | SN65LVDS22 | P |
| Philips | PTN3331 | SN65LVDS31 | Q |
| Philips | PTN3332 | SN65LVDS32 | Q |
| Philips | PTN3341 | SN65LVDM31 | Q |
| Philips | PTN3342 | SN65LVDS32 | Q |
| Pericom | PI90LV017A | SN65LVDS1 | P |
| Pericom | PI90LV018A | SN65LVDS2 | P |
| Pericom | PI90LV018A | SN65LVDT2 | P |
| Pericom | PI90LV022 | SN65LVDS22 | P |
| Pericom | PI90LV027A | SN65LVDS9638 | P |
| Pericom | PI90LV028A | SN65LVDS9637 | P |
| Pericom | PI90LV031A | SN65LVDS31 | Q |
| Pericom | PI90LV032A | SN65LVDS32 | Q |
| Pericom | PI90LVB022 | SN65LVDM22 | P |
Fairchild - Fairchild Semiconductor; NSC - National Semiconductor; Maxim - Maxim
Integrated Products; Philips - Philips Semiconductors; Pericom - Pericom Semiconductor.
*) F - функционально близкий, но не полный эквивалент; P - близкое соответствие, но не pin-for-pin (отличаются расположением выводов); Q - близкая функциональность и совпадение по выводам, но не полный эквивалент; S - полное совпадение по функциональности и по выводам.
Каналы LVDS и M-LVDS имеют в своей основе недорогие материалы (легко создаются на печатной плате или с помощью широко распространенного кабеля CAT5). Рассмотренные скоростные интерфейсы выпускаются многими известными компаниями, что значительно расширяет выбор при построении скоростной сети различного уровня сложности.
Рисунок 6. Интерфейсы M-LVDS и LVDM фирмы Texas Instruments
Авторы будут чрезвычайно признательны за замечания и пожелания по материалам статьи, которые можно направлять по электронному адресу ti@compel.ru.
При необходимости Вы можете обратиться в центр информационно-технической поддержки (EPIC) фирмы Texas Instruments.
За дополнительной информацией обращайтесь к сотрудникам фирмы КОМПЭЛ по адресам:
- Москва:
- тел.: (095) 995-0901; факс: 995-0902; e-mail: compel@compel.ru.
- Санкт-Петербург:
- тел.: (812) 327-9404; факс: 118-4892; e-mail: spb@compel.ru.
Информация:
|
Автор документа: Сергей Гаврилюк
, http://www.gaw.ru" |
Дата публикации: 08.08.2007 Дата редактирования: 08.08.2007 |
| Кол-во просмотров 5887 | |
 Все новости одной лентой |
