 本文旨在为需要应用或测试高速接口的工程师提供关于低压差分信号（LVDS：Low Voltage Differential Signal）技术的相关科普。文章将尽量深入浅出地讲解LVDS的基本工作原理、其相较于其他接口技术的核心优势。
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| 名称 | 工业标准 | 最高速率 | 输出摆幅 | 功耗 |
| LVDS | TIA/EIA-644 | 3.125 Gbps | ±350mV | 低 |
| LVPECL | N/A | 10+ Gbps | ±800mV | 中等-高 |
| CML | N/A | 10+ Gbps | ±800mV | 中等 |
| M-LVDS | TIA/EIA-899 | 250 Mbps | ±550mV | 低 |
| B-LVDS | N/A | 800 Mbps | ±550mV | 低 |
选择指南：
点对点、高速度、低功耗： 首选 LVDS。
多点总线： 选择 M-LVDS。
极高速度（>5 Gbps）、SerDes/协议专用（如PCIe, SATA）： 通常采用 CML。
二、 LVDS技术剖析
1. 核心工作原理：LVDS是一种差分信号技术。其典型驱动电路由一个恒流源（通常约3.5 mA）和一对开关组成。电流方向在两条紧密耦合的传输线（一个差分对）中切换，从而在接收端连接的100Ω终端电阻上产生一个大小方向变化的电压差（典型值±350 mV，即差分电压VOD为350 mV）。
逻辑‘1’： 电流从左向右流，接收端电阻上产生+350 mV压差。
逻辑‘0’： 电流从右向左流，接收端电阻上产生-350 mV压差。
上图所示为LVDS 驱动-接收 对 的原理图，驱动器中包含标称值3.5mA 的电流源，接收器有着较高的输入阻抗，以此来确保链路电流全部流过100Ω的端接电阻，进而在接收器输入端产生350mV 的标称值电压。接收器的阈值一般为100mV 甚至更低，且LVDS 输入输出对可确保电路在0V-2.4V 的宽共模范围内维持同样的传输效应。差分传输组合降低对驱动器和接收器信号漂移对信号完整性的影响，提供了出色的噪声抑制。
2. 差分信号的优势：
高抗共模噪声能力： 任何同时耦合到差分对两条线路上的噪声（共模噪声）在接收端会被大幅抵消。接收器只对电压差敏感，这使得LVDS能在高达±1 V的共模电压范围内正常工作，轻松应对地电位漂移和环境噪声。
低电磁干扰（EMI）： 由于两条线中的电流大小相等、方向相反，它们产生的磁场会相互抵消，从而显著降低了EMI。恒流源模式也避免了单端技术中开关瞬间的大电流尖峰。
低功耗： 恒流源设计和低电压摆幅使得LVDS的功耗非常低，且几乎与频率无关。
高速度： 现代LVDS器件的数据速率可轻松达到1 Gbps以上，先进的器件甚至支持超过3.125 Gbps的速率。
所有的差分传输信号都有上述优势！！对差分传输优势中低电磁干扰做如下解释：
· LVDS 输入端电流源时钟处于导通状态，但其电流被导流至不同方向以实现，逻辑1和逻辑0的驱动，此种导通特性可消除开关噪声带来的尖峰和大电流晶体管不断on-off 造成的电磁干扰(EMI)。
· LVDS 传输路径中构成差分对的两条传输线间距很短，可以保证较高的抗噪性能，且接收器进队两条传输信道之间的差模信号做出响应，故同时出现在两条传输线上的共模噪声将在接收器处相互抵消。
· LVDS两条邻近的传输线同一时刻所传输的电流值相同而方向相反，降低了信号传输EMI。
三、 LVDS在系统中的应用：
以高速ADC为例
1. 典型接口：
一个N位分辨率、采样率为Fs的ADC，其串行LVDS输出接口通常包含：
1对（或2对）串行数据线（OUTnP/N）： 在每个采样周期内，将N位数据串行输出。数据速率高达 Fs*N bps。
1对位时钟（DDR Clock - LCLKP/N）： 频率为（Fs*N)/2 Hz，双倍数据速率（DDR），通常中心对齐于数据眼图。
1对帧时钟（Frame Clock - FCLKP/N）： 频率为 Fs Hz，其边沿标识着串行数据流的开始（如D0）和结束（如DN-1），用于在接收端（如FPGA）进行字对齐。
2. 接收端捕获的挑战与方案：
理想情况下，只需用位时钟直接锁存串行数据，再用帧时钟锁存并行输出即可。但现实世界中，PCB走线长度差异、FPGA内部布线延迟、连接器等因素会引入skew（偏移），导致时序错乱。工程师必须解决两大问题：
位对齐（Bit Alignment）： 确保用于锁存数据的时钟边沿正好处在数据有效窗口（眼图张开最大处）的中心。常用方法有：
IDELAY（可调延迟线）： 在FPGA中精细调整时钟或数据的延迟。
多相位PLL： 使用PLL生成多个相位的时钟，通过逻辑电路自动搜寻并锁定最佳采样相位。TI ADC提供的“Deskew”测试模式（0101...交替码）在此过程中至关重要。
帧对齐（Word Alignment）： 确保并行输出的数据边界正确，不会将本属于前一个样本的位错位到当前样本中。通过启用ADC的“SYNC”测试模式（如12位ADC中的6个‘1’后跟6个‘0’），接收逻辑可以检测偏移的位数并动态地进行移位校正。
LVDS凭借其卓越的抗噪声能力、低功耗、低EMI和高速度特性，在高速数据传输领域占据了不可动摇的地位。对于需要处理高速ADC数据或设计任何形式板间高速链路的工程师而言，深刻理解LVDS的工作原理、掌握其在实际应用中的时序分析（建立/保持时间、skew管理）和调试方法（利用测试模式进行位与帧对齐）是一项必备技能。成功的设计总是在性能、功耗和成本之间找到最佳平衡，而LVDS往往是这个平衡点上最有力的竞争者。
