LVDS(Low voltage differential signaling) 란?

낮은 전압 차등신호(Low voltage differential signaling, LVDS, 저전압 차등 시그널링)는 고속 디지털 인터페이스로, 고속 데이터 전송 속도를 위한 낮은 전력 소비 및 뛰어난 노이즈 내성의 특징을 가집니다. 저렴한 연선 구리 케이블에 고속으로 동작이 가능한 전기적 신호 시스템이다

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<개요>

오늘날 고속 데이터 생성 및 처리에 대한 요구가 증대됨에 따라, 한 지점에서 다른 지점으로 데이터를 전송하는 능력이 전체 시스템 성능을 판가름하는 척도가 되었습니다. 따라서, 이러한 고속 데이터 전송의 문제를 해결하기 위한 솔루션으로 LVDS가 각광받고 있습니다.

평면 패널 모니터 및 디지털 텔레비전 등과 같은 디바이스는 이미 LVDS 기술을 통해 탄생되었습니다.

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<역사>

LVDS(Low voltage differential signaling) 기술은 시리얼 인터페이스의 역사를 개척해 온 존재라고 말해도 과언이 아니다. 1990년대 중반에 시장이 급속히 확대한 노트북에 채용되어, LVDS SerDes(Serializer / Deserializer)의 출하 물량은 단숨에 늘었다. 노트북의 세계적인 보급에 LVDS가 한몫을 하고, 액정 모니터의 시장 구축에 크게 기여한 것은 틀림없는 사실이다.

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<전기적 특성 및 특징>

1. 저전력

2. 저 EMI , 노이즈 상쇄

3. 최대 3.125Gbps의 전송 속도

4. 낮은 전압 스윙의 차동 신호를 사용한 고속 전송

5. 일반적 (LVDS = 트랜스미터)

6. 차동 쌍의 전송선을 통해 3.5mA의 전류를 제공하는 전류 모드 드라이버로 구성

7. 수신기의 100옴을 달아 사용

8. 3.5mA의 전류가 흘러 수신기 입력 간 350mV의 전압 차를 발생

9. 차동출력전압(VOD)는 일반적으로 350mV

10. 표준에서는 수신기의 입력 전압 범위, VIN을 0~2.4 V

11. 오프셋 전압은 차동 신호의 동위상 전압, 접지를 기준으로 한 차동 쌍 두 개 라인의 평균 전압을 의미

12. Vos는 1.125~1375V이며 일반적으로 1.2V이다.

13. 입력 전압 범위가 2.4V일 때, 1.2 V를 중심으로 전압 스윙이 350 mV이면, 신호에서 마진은 양쪽으로 각각 1.025 V 된다.

14. 마진 이내에서 효율적으로 동위상 노이즈와 접지 편이(Ground Shift)를 제거

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<LVDS의 장점> - 차동특성으로 가지는 여러 고유 혜택

1. 동위상 노이즈를 제거

2. EMI 환경에서 노이즈는 각 라인에서 거의 같아 신호는 두 전압간의 차이만을 읽어도 영향이 거의 없다.

3. 차동 특성으로 공통 전압 노이즈의 효과를 감소한다. 또한, 노이즈의 방출량을 줄인다.

4. 공통 전압 노이즈 효과를 감소

5. 노이즈 방출량을 줄임.

6. 두개의 라인이 데이터 전송 중 전자기 필드를 발생하는데 상쇄도 되지만 전류가 낮아 약한 전자기 필드를 형성

7. 느린 속도의 다채널 병렬 데이터는 고속의 단일 LVDS 채널로 직렬화할 수 있게 되었다.

8. 적은 전력 소모량. P= I^2R = (3.5mA)^2 *(100옴) = 1.2mW 소모 한다.

9. 다른 차동 데이터 기술인 RS422는 90mW소비한다. 훨씬 적은 양을 소모하는 것을 알 수 있다.

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<LVDS 어플리케이션>

고성능 아날로그-디지털 컨버터(ADC) 및 디지털-아날로그 컨버터(DAC) 제조 업체들은 더욱 빠른 샘플링 속도 요구에 부합하고자 LVDS 출력을 사용하여 높은 속도로 디지털 데이터를 전송합니다. ADC의 주요 특징은 아날로그 신호를 그에 상응하는 디지털 신호로 정확하게 변환할 수 있다는 것입니다.

높은 샘플링 속도에서 싱글 앤드 출력은 이와 같은 유해한 노이즈를 발생시킵니다. LVDS 출력은 높은 데이터 속도를 유지하면서도 노이즈 방출을 줄일 수 있으므로 아날로그 프런트 앤드의 성능을 보호합니다.

LVDS 쌍에서 출력 비트를 직렬화함으로써 신호를 한 지점에서 다른 지점으로 전송하는 데 필요한 와이어의 수를 줄입니다. 그 결과로 데이터를 병렬로 전송할 때 발생하는 스큐와 관련된 에러를 방지하여 정확도가 더욱 개선되었습니다.