저전압 차동 신호

Low-voltage differential signaling
LVDS
저전압 차동 신호(LVDS)
생성된 연도1994
속도655 Mbit/s(최대 1-3 Gbit/s의 속도)
기본적인 LVDS 회로 작동으로 운전자에게 다시 전달되는 루프 전류와 디퍼렌셜 페어 내의 필드 커플링으로 인한 저방사성 방출(EMI)이 표시됨

저전압 차동 신호, 즉 LVDS는 TIA/EIA-644라고도 하며 차동, 직렬 신호 표준의 전기적 특성을 명시하는 기술 표준이지만 프로토콜은 아니다.LVDS는 저전력으로 작동하며 저렴한 트위스트 페어 구리 케이블을 사용하여 매우 빠른 속도로 구동할 수 있다.LVDS는 물리계층 규격일 뿐이며, 많은 데이터 통신 표준과 애플리케이션이 이를 사용하고 그 위에 OSI 모델에 정의된 데이터 링크 계층을 추가한다.

LVDS는 1994년 도입돼 LCD-TV, 자동차 인포테인먼트 시스템, 산업용 카메라와 머신비전, 노트북과 태블릿 컴퓨터, 통신 시스템 등 제품에서 인기를 끌었다.대표적인 어플리케이션으로는 고속 비디오, 그래픽, 비디오 카메라 데이터 전송, 범용 컴퓨터 버스 등이 있다.

일찍이 노트북 컴퓨터와 LCD 디스플레이 벤더는 그들의 프로토콜을 언급할 때 FPD-Link 대신 LVDS라는 용어를 일반적으로 사용하였고, LVDS라는 용어는 비디오 디스플레이 공학 어휘에서 FPD-Link와 잘못 동의어가 되었다.

차등 대 단일 종단 신호

LVDS는 차동 신호 시스템으로, 한 쌍의 와이어에 있는 전압 간의 차이로 정보를 전송한다는 것을 의미하며, 두 와이어 전압은 수신기에서 비교된다.일반적인 구현에서 송신기는 3.5mA의 일정한 전류를 와이어에 주입하며, 전류의 방향이 디지털 로직 레벨을 결정한다.전류는 수신 엔드에서 약 100~120Ω의 종단 저항기(반사를 줄이기 위한 케이블의 특성 임피던스와 일치)를 통과한 후 다른 와이어를 통해 반대 방향으로 되돌아간다.옴의 법칙으로 볼 때, 저항기에 걸친 전압 차이는 그러므로 약 350mV이다.수신기는 이 전압의 극성을 감지하여 논리 레벨을 결정한다.

두 전선 사이에 촘촘한 전기장과 자기장 커플링이 있는 한 LVDS는 전자기 노이즈 발생을 줄인다.이러한 소음 감소는 두 와이어의 동일하고 반대되는 전류 흐름으로 인해 서로 취소되는 경향이 있는 동일하고 반대되는 전자기장이 생성되기 때문이다.또한 단단히 결합된 전송 와이어는 소음이 각 와이어에 동일하게 영향을 미치고 공통 모드 노이즈로 나타나기 때문에 전자파 소음 간섭에 대한 민감성을 감소시킬 것이다.LVDS 수신기는 공통 모드 전압 변화에 영향을 받지 않는 차동 전압을 감지하기 때문에 공통 모드 노이즈의 영향을 받지 않는다.

LVDS 송신기가 일정한 전류를 소비한다는 사실 또한 전원 공급장치 디커플링에 대한 수요를 훨씬 덜 발생시켜 송신 회로의 전원 및 접지선에 대한 간섭을 덜 발생시킨다.이것은 높은 논리 레벨과 낮은 논리 레벨이 다른 전류를 소비하는 종단된 단일 엔드 전송 라인 또는 전환 중에 전류가 갑자기 나타나는 종단되지 않은 전송 라인에서 일반적으로 나타나는 접지 바운스와 같은 현상을 감소시키거나 제거한다.

약 1.2V의 낮은 공통 모드 전압(두 와이어의 전압 평균)은 전원 공급 전압이 2.5V 이하인 광범위한 집적 회로에 LVDS를 사용할 수 있다.또한 낮은 공통 모드 전압을 사용하는 LVDS의 변화도 있다.대표적인 예로는 0.9V의 대표적인 공통 모드 전압을 사용하는 서브 LVDS(2004년 노키아 도입)가 있다.다른 하나는 JEDEC JESD8-13에 명시된 400mV(SLVS-400)용 확장 가능한 저전압 신호로서, 전원 공급기는 800mV까지 낮을 수 있고 공통 모드 전압은 약 400mV이다.

약 350mV의 낮은 차동 전압은 LVDS가 다른 신호 기술에 비해 전력을 거의 소비하지 못하게 한다.2.5V 공급 전압에서 3.5mA를 구동하는 전력은 RS-422 신호에 대한 부하 저항기에 의해 소멸된 90mW와 비교하여 8.75mW가 된다.

논리 수준:[1]

브이ee 브이OL 브이OH 브이cc 브이CMO
GND 1.0 V 1.4V 2.5~3.3V 1.2V

LVDS는 유일한 저전력 차동 신호 시스템이 아니며, 다른 시스템에는 Fairchild Current Transfer Logic 시리얼 I/O가 포함된다.

적용들

1994년 내셔널반도체는 LVDS를 도입했고, 이후 고속 데이터 전송의 사실상의 표준이 되었다.[2]: 8

태블릿에서 평면 패널 디스플레이 송신기로 사용되는 Doestek 34LM85AM

LVDS는 1990년대 중반에 인기를 끌었다.그 이전에는, 컴퓨터 모니터 해상도가 그래픽과 비디오의 빠른 데이터 전송 속도를 필요로 할 만큼 충분히 크지 않았다.그러나 1992년 애플컴퓨터는 백플레인의 기존 NuBus에 과부하를 주지 않고 여러 개의 디지털 비디오 스트림을 전송하는 방법이 필요했다.애플과 내셔널반도체(NSC)가 LVDS를 이용한 첫 집적회로인 퀵링(QuickRing)을 만들었다.QuickRing은 매킨토시 컴퓨터의 NuBus를 우회하기 위해 비디오 데이터를 위한 고속 보조 버스였다.멀티미디어와 슈퍼컴퓨터 애플리케이션은 계속 확장되었다. 왜냐하면 두 애플리케이션 모두 수 미터 길이의 링크(예: 디스크 드라이브에서 워크스테이션으로)를 통해 대량의 데이터를 이동시켜야 했기 때문이다.

LVDS를 위한 첫 번째 상업적으로 성공한 애플리케이션은 National Semiconductor의 플랫 패널 디스플레이 링크를 사용하여 그래픽 처리 장치에서 평면 패널 디스플레이로 비디오 데이터를 전송하는 노트북 컴퓨터였다.최초의 FPD-Link 칩셋은 21비트 와이드 비디오 인터페이스와 클럭 다운을 4개의 차동 쌍(8선)으로 줄여 디스플레이와 노트북 사이의 힌지를 쉽게 통과하고 LVDS의 저소음 특성과 빠른 데이터 속도를 활용할 수 있었다.FPD-Link는 1990년대 후반에 이 노트북 어플리케이션의 사실상의 개방형 표준이 되었고 오늘날에도 여전히 노트북과 태블릿 컴퓨터의 지배적인 디스플레이 인터페이스가 되었다.텍사스인스트루먼트, 맥심, 페어차일드, Thine 등 IC 벤더가 FPD-Link 칩셋 버전을 생산하는 이유다.

FPD 링크 I 시리얼라이저

LVDS 애플리케이션은 화면 해상도와 색 깊이가 증가함에 따라 소비자 TV용 평면 패널 디스플레이로 확대되었다.이 애플리케이션을 지원하기 위해 FPD-Link 칩셋은 메인 비디오 프로세서에서 디스플레이 패널의 타이밍 컨트롤러로 비디오 데이터를 전송하기 위한 내부 TV 요구 사항을 충족하기 위해 데이터 전송률과 병렬 LVDS 채널의 수를 계속 증가시켰다.FPD-Link(일반적으로 LVDS라고 함)는 이 내부 TV 인터커넥트의 사실상의 표준이 되었으며 2012년 이 애플리케이션의 지배적 인터페이스로 남아 있다.[citation needed]

다음 타깃 애플리케이션은 데스크탑 컴퓨터와 디스플레이 또는 DVD 플레이어와 TV 사이의 외부 케이블 연결을 통해 비디오 스트림을 전송하는 것이었습니다.NSC는 FPD-Link에 LVDS 디스플레이 인터페이스(LVDI) 및 개방형이라는 고성능 후속 조치를 도입했다.LDI 표준.이 표준들은 최대 112 MHz의 픽셀 클럭을 허용하는데, 이는 60 Hz refresh에서 디스플레이 해상도 1400 × 1050 (SXGA+)에 충분하다.듀얼 링크는 60Hz에서 최대 디스플레이 해상도를 2048 × 1536(QXGA)까지 높일 수 있다.FPD-Link는 케이블 길이 약 5m까지 작동하며, LDI는 이를 약 10m까지 확장한다.그러나 CML 신호에 TMDS를 활용한 DVI(Digital Visual Interface)가 표준 경쟁에서 승리하여 데스크탑 컴퓨터를 모니터에 외부로 연결하는 표준이 되었고, 결국 HDMI는 DVD 플레이어와 같은 디지털 비디오 소스를 소비자 애플리케이션에서 평면 패널 디스플레이에 연결하는 표준이 되었다.

또 다른 성공적인 LVDS 애플리케이션으로는 컴퓨터 비전 애플리케이션용으로 설계된 직렬 통신 프로토콜인 카메라 링크(Camera Link)가 있으며, LVDS를 사용하는 채널 링크(Channel Link)라는 NSC 칩셋을 기반으로 하고 있다.카메라 링크는 카메라, 케이블, 프레임 그랩버 등 과학 및 산업용 제품용 비디오 인터페이스를 표준화한다.자동이미징협회(AIA)는 업계 글로벌 머신비전 트레이드 그룹이기 때문에 표준을 유지·관리한다.

컴퓨터 버스에 사용되는 LVDS의 더 많은 예로는 하이퍼트랜스포트와 파이어와이어가 있는데, 둘 다 그들의 발전을 미래버스 이후의 작업으로 거슬러 올라가게 되는데, 이것은 또한 SCI로 이어졌다.또한 LVDS는 더 높은 데이터 전송 속도와 더 긴 케이블 길이를 허용하기 위해 SCSI 표준(Ultra-2 SCSI 이상)에서 물리적 계층 신호다.직렬 ATA(SATA), RapidIO, 스페이스와이어는 LVDS를 사용하여 고속 데이터 전송을 허용한다.

인텔과 AMD는 2010년 12월 보도자료를 내고 2013년까지 LVDS LCD 패널 인터페이스를 제품군에서 더 이상 지원하지 않겠다고 밝혔다.임베디드 디스플레이포트(Embedded DisplayPort)[3]와 내부 디스플레이포트를 선호하는 솔루션으로 홍보하고 있다.그러나 LVDS LCD 패널 인터페이스는 비디오 처리 장치에서 TV나 노트북 내의 LCD 패널 타이밍 컨트롤러로 스트리밍 비디오를 이동하는 데 있어 가장 저렴한 방법임이 입증되었으며, 2018년 2월에는 LCD TV와 노트북 제조업체들이 계속해서 LVDS 인터페이스를 이용한 신제품을 선보이고 있다.

LVDS는 원래 3.3V 표준으로 도입되었다.확장 가능한 저전압 신호(SLVS)는 200mV의 낮은 공통 모드 전압과 감소된 p-p 스윙을 가지지만, 그렇지 않으면 LVDS와 동일하다.[2]: 9

직렬 및 병렬 데이터 전송 비교

LVDS는 병렬 및 직렬 데이터 전송 모두에서 작동한다.병렬 전송에서 여러 데이터 차동 쌍은 데이터를 동기화하는 클럭 신호를 포함하여 여러 신호를 동시에 전달한다.시리얼 통신에서, 복수의 단일 엔드 신호는 결합된 모든 단일 엔드 채널의 그것과 동일한 데이터 속도를 가진 단일 차동 쌍으로 직렬화된다.예를 들어, 7비트 광역 병렬 버스는 단일 엔드 채널의 7배 데이터 속도로 작동하는 단일 쌍으로 직렬화된다.직렬 데이터와 병렬 데이터 간 변환을 위한 장치는 직렬화기와 탈직렬화기로, 두 장치가 하나의 집적 회로에 포함되어 있을 때 SerDes로 약칭된다.

임베디드 클럭 시리얼라이저

예를 들어, FPD-Link는 실제로 직렬화 통신과 병렬 통신의 조합으로 LVDS를 사용한다.18비트 RGB 비디오용으로 설계된 원래의 FPD-Link는 3개의 병렬 데이터 쌍과 클록 쌍을 가지고 있으므로 이것은 병렬 통신 방식이다.그러나 3쌍 각각은 각 클럭 사이클 동안 7개의 직렬 비트를 전송한다.따라서 FPD-Link 병렬 쌍은 직렬화된 데이터를 전송하지만 병렬 클럭을 사용하여 데이터를 복구하고 동기화하십시오.

직렬 데이터 통신도 직렬 데이터 스트림 내에 클럭을 내장할 수 있다.따라서 데이터를 동기화할 병렬 클럭이 필요하지 않다.데이터 스트림에 시계를 내장하는 방법은 여러 가지가 있다.한 가지 방법은 데이터 스트림에 2개의 추가 비트를 시작 비트 및 정지 비트로서 삽입하여 클럭 신호를 모방하기 위해 정기적으로 비트 전환을 보장하는 것이다.또 다른 방법은 8b/10b 인코딩이다.

8b/10b 인코딩을 사용한 LVDS 전송

LVDS는 물리적 계층 표준일 뿐이므로 비트 인코딩 체계를 지정하지 않는다.LVDS는 8b/10b 인코딩 데이터를 포함하여 LVDS 링크를 통해 데이터를 보내고 받기 위한 사용자 지정 인코딩 체계를 수용한다.8b/10b 인코딩 체계는 클럭 신호 정보를 포함하며 DC 밸런스의 추가적인 장점을 가진다.DC 밸런스는 AC 결합 전송 경로(용량성 또는 변압기 결합 경로 등)에 필요하다.또한 시작 비트/정지 비트 임베디드 클럭에 대한 DC 밸런스 인코딩 방식도 있으며, 일반적으로 데이터 앞다투어링 기법을 포함한다.LVDS의 핵심은 와이어를 통해 비트를 전송하기 위한 물리적 계층 신호다.거의 모든 데이터 인코딩 및 클럭 임베딩 기법과 호환된다.

매우 높은 데이터 처리량 애플리케이션을 위한 LVDS

단일 차동 직렬 데이터 쌍이 충분히 빠르지 않을 경우 직렬 데이터 채널을 병렬로 그룹화하고 동기화를 위해 병렬 클록 채널을 추가하는 기술이 있다.이것은 FPD-Link가 사용하는 기술이다.다중 LVDS 쌍과 동기화할 병렬 클럭을 사용하는 다른 병렬 LVDS의 예로는 채널 링크와 HyperTransport가 있다.

다수의 LVDS-임베디드 클럭 데이터 채널을 그룹화하여 데이터 처리량을 높이는 기술도 있다.단, 병렬 클럭이 없고 각 채널마다 자체 클럭 정보가 있기 때문에 병렬 LVDS가 아니다.이 기법의 예로는 PCI Express를 들 수 있다. PCI Express는 2, 4 또는 8개의 8b/10b 인코딩된 직렬 채널이 소스에서 대상으로 응용 프로그램 데이터를 전송한다.이 경우, 목적지는 다중 직렬 데이터 채널을 정렬하기 위해 데이터 동기화 방법을 채택해야 한다.

다중점 LVDS

원래의 LVDS 표준은 한 송신기에서 한 수신기로의 디지털 신호를 점 대 점 위상에서 한 수신기로만 구동하는 것을 구상했다.그러나 첫 번째 LVDS 제품을 사용하는 엔지니어들은 곧 다중점 위상에서 단일 송신기로 여러 개의 수신기를 구동하기를 원했다.그 결과 NSC는 다중 LVDS 수신기를 구동하도록 설계된 LVDS의 첫 번째 변형으로 버스 LVDS(Bus LVDS)를 개발하였다.신호 무결성을 유지하기 위해 차동 트랜스미션 라인의 각 끝단에 있는 종단 저항을 사용한다.양방향 수신기로 향하는 버스 운전 신호의 중앙에 하나 이상의 송신기를 둘 수 있기 때문에 이중 종단이 필요하다.표준 LVDS 송신기와의 차이는 다중 종단 저항을 구동하기 위해 전류 출력을 증가시키고 있었다.또한, 송신기는 다른 송신기가 같은 버스를 동시에 운전할 수 있는 가능성을 견딜 필요가 있다.

일반적인 다중점 종료

지점간 LVDS는 일반적으로 3.5mA에서 작동한다.멀티포인트 LVDS 또는 버스 LVDS(B-LVDS)는 최대 12mA까지 작동할 수 있다.[2]: 9

버스 LVDS 및 LVDM(TI 기준)은 사실상의 다중점 LVDS 표준이다.[citation needed]MLVDS(Multipoint LVDS)는 TIA 표준(TIA-899)이다.어드밴스트TCA 표준은 시스템의 각 컴퓨팅 모듈 보드에 대한 백플레인의 클럭 분배를 위해 MLVDS를 지정했다.

MLVDS에는 두 가지 유형의 수신기가 있다.Type-1은 LVDS와 호환되며 +/- 50mV 임계값을 사용한다.Type-2 수신기는 M-LVDS 장치로 유선-Or 신호 전달을 허용한다.M-LVDS의 경우:

출력 입력
공통의
모드		 앰피-
터벅터벅 걷다
분 0.3V 0.48V -1.4V
맥스. 2.1V 0.65V +3.8V

SCI-LVDS

현재의 LVDS 형식은 SCI(Calable Consistic Interconnect)에서 시작된 초기 표준에 선행되었다.SCI-LVDS는 SCI 표준 계열의 하위 집합이었으며 IEEE 1596.3 1995 표준에 명시되었다.SCI 위원회는 양극 이미터 결합 논리(PCL)를 대체하기 위해 다중 처리 시스템을 고속 및 저전력 인터페이스와 상호 연결하는 LVDS를 설계했다.

표준

ANSI/TIA/EIA-644-A(2001년 발간) 표준은 LVDS를 정의한다.이 표준은 원래 꼬인 쌍동선에 대해 655 Mbit/s의 최대 데이터 전송 속도를 권장했지만, 1에서 3 Gbit/s의 데이터 전송 속도는 오늘날 고품질 전송 매체에서 흔히 볼 수 있다.[4]오늘날 LVDS와 같은 광대역 디지털 비디오 신호 전송 기술은 차동 신호로 전송되는 신호가 EMC의 이유로 도움이 되는 차량에서도 사용된다.단, 케이블 연결을 위한 정교한 커넥터 시스템과 함께 고품질 차폐 트위스트 페어 케이블을 사용해야 한다.대안은 동축 케이블의 사용이다.고주파 범위에서 단순화된 전달 매체가 방출과 내성을 모두 지배하고 있음에도 불구하고 그것이 가능하다는 연구결과가 나왔다.미래의 고속 비디오 연결은 더 작고, 더 가볍고, 실현 비용이 저렴할 수 있다.

직렬 비디오 전송 기술은 카메라, 디스플레이, 제어 장치를 연결하기 위해 자동차에서 널리 사용된다.압축되지 않은 비디오 데이터는 특정 애플리케이션에 몇 가지 이점이 있다.직렬 통신 프로토콜은 이제 3에서 4 Gbit/s의 범위에서 데이터 전송을 허용하며, 따라서 최대 풀 HD 해상도로 디스플레이를 제어할 수 있다.간단하고 저렴한 추가 하드웨어 및 소프트웨어에 대한 수요가 낮기 때문에 제어 장치에 직렬화기와 탈세리알라이저 구성요소의 통합.반대로, 해당 네트워크 컨트롤러에 대한 비디오 전송 연결 및 데이터 압축에 필요한 경우 리소스를 위한 버스 솔루션을 요구하십시오.많은 애플리케이션에서 전체 기능 네트워크가 비디오 아키텍처 전체에 걸쳐 필요하지 않으며 일부 컴포넌트의 경우 이미지 품질 손실과 추가적인 지연 시간으로 인해 데이터 압축이 가능하지 않기 때문에 버스 지향 비디오 전송 기술은 현재 부분적으로만 매력적이다.

참고 항목

참조

  1. ^ LVPECL, VML, CML 및 LVDS Levels, SLA120, Texas Instruments, 2002년 12월.
  2. ^ a b c 마크 디포스세즈"D-PHY 솔루션".
  3. ^ 모든 디지털 디스플레이 기술로 이전하는 선도적인 PC 회사들, 아날로그를 단계적으로 폐지
  4. ^ "EIA-644 Bus Description, RS644 LVDS". 080310 interfacebus.com

외부 링크