LVDS (Low Voltage Differential Signaling) – это технология передачи данных с низким напряжением разности. Она используется для передачи цифровых данных между компонентами внутри электронных устройств. LVDS обеспечивает высокую скорость передачи данных, низкое энергопотребление и надежность при работе на длинных расстояниях. Эта технология широко применяется в промышленных и профессиональных компьютерных системах, а также в медицинской и автомобильной электронике.
LVDS стала популярна в конце 90-х годов XX века. До того времени компьютеры были слишком медленны, чтобы требовать столь высоких скоростей передачи данных, используя для передачи данных большое количество проводников (см. напр. ATA). Однако, расширение использования мультимедиа и суперкомпьютеров привело к проявлению широкого интереса к данной системе, так как подобные системы нуждались в передаче больших объёмов данных на расстояния порядка нескольких метров. Характерным примером внедрения LVDS стал переход с параллельного интерфейса ATA на последовательный SATA.
Также поддерживается в SCSI начиная с версии Ultra-2 SCSI для увеличения допустимых длин проводов и скоростей.
Когда скорости последовательной передачи не хватает, данные могут передаваться параллельно по нескольким парам LVDS для каждого бита или байта (например, как в PCI Express или в HyperTransport). Такая система называется шиной LVDS (англ. bus LVDS, BLVDS). Стандартные передатчики рассчитаны на использование в соединениях точка-точка, но для использования в многоточечных шинных системах модифицированные передатчики имеют большие выходные токи, они могут быть нагружены резисторами нескольких приёмников.
Существуют стандарты на подобные системы: BLVDS и LVDM (от Texas Instruments). Также существует стандарт TIA-899 Multipoint LVDS (MLVDS), который используется в AdvancedTCA. MLVDS имеет 2 типа приемников: тип 1 практически совместим с LVDS и использует порог в 0 В; тип 2 использует порог в 0,1 В, чтобы избегать различных ошибок, например возникновения незамкнутых и короткозамкнутых цепей.
При дифференциальной передаче для передачи одного сигнала используется дифференциальная пара (сигналов); это означает, что передающая сторона подаёт на проводники пары различные уровни напряжения, которые сравниваются на приёмной стороне: для декодирования информации используется разница напряжений на проводниках пары. Передатчик направляет небольшой ток (порядка 3,5 мА) в один из сигнальных проводников в зависимости от того, какой логический уровень надо передать. На приёмной стороне ток проходит через резистор сопротивлением 100—120 Ом (равным волновому сопротивлению кабеля для уменьшения отражённого сигнала) и возвращается к отправителю сигнала по другому проводнику, образуя таким образом замкнутую электрическую цепь. В соответствии с законом Ома напряжение на резисторе будет составлять около 350 мВ. Принимающая сторона определяет полярность этого напряжения для того, чтобы определить логический уровень. Такой тип передачи называется токовая петля.
Небольшая амплитуда сигнала LVDS, а также высокая электромагнитная связь проводов дифференциальной пары друг с другом позволяют уменьшить излучаемые вовне помехи и рассеиваемую мощность.
Синфазное напряжение (среднее напряжение двух проводников) обычно составляет около 1,25 В, что позволяет использовать LVDS во многих СБИС с напряжением питания 2,5 В и ниже. Как упоминалось выше, напряжение между проводниками пары составляет 350 мВ, что позволяет по сравнению с другими способами передачи сигналов значительно снизить потребляемую мощность. Например, статическая мощность, рассеиваемая на нагрузочном резисторе (также называемом терминатором) LVDS, составляет всего 1,2 мВт, по сравнению с 90 мВт, рассеиваемыми на нагрузочном резисторе интерфейса RS-422. Без нагрузочного резистора для каждого бита данных приходилось бы нагружать и разгружать весь проводник. Использование нагрузочного резистора и высоких частот передачи приводит к тому, что бит покрывает лишь часть проводника (в процессе передачи со скоростью электромагнитных колебаний в среде), что является более энергоэффективным.
LVDS — не единственная используемая дифференциальная система. Но она остается единственной, сочетающей в себе высокие скорости и небольшое рассеивание энергии.
Кроме того, LVDS применяется на материнской плате встроенных компьютеров для связи с дисплеем.
Основные особенности разъема LVDS на материнской плате:
- Низкое напряжение: LVDS работает на низком напряжении (обычно около 3,3 В), что позволяет снизить общее энергопотребление системы и уменьшить тепловыделение.
- Дифференциальная передача сигнала: LVDS использует дифференциальную передачу данных, что позволяет достичь высокой скорости передачи и минимизировать помехи, вызванные внешними источниками.
- Высокая скорость передачи данных: LVDS поддерживает высокие скорости передачи данных, обычно в диапазоне от 80 Мбит/с до 5 Гбит/с. Это позволяет использовать разъем LVDS для передачи видеосигнала высокого разрешения.
- Надежное соединение: Разъем LVDS на материнской плате обеспечивает надежное соединение между платой и устройством, благодаря чему можно избежать сбоев и потерь данных.
- Архитектура низкого уровня: Стандарт LVDS предоставляет простую и компактную архитектуру для передачи данных, что делает его идеальным выбором для применений, где важна компактность и низкое потребление энергии.
Существуют и другие применения этого способа передачи данных.