LVDS电平学习笔记

LVDS电平是根据ANSI/EIA/TIA-644定义的一种电平标准，其标准定义的相关参数如下：

图1 LVDS电平标准

标准参数的制定一方面取决于器件的制造工艺水平，另一方面取决于该标准面向的应用场景的性能要求。这意味着在不同的参数里，思考参数的取值的方法可能大相径庭。

1. LVDS电平基本原理

图2 LVDS发送和接收电路的结构

LVDS的发送电路一般为图2所示的全桥结构，当T1和T4导通时，发送侧输出的电流通过末端100欧姆的匹配电阻形成回路，此时电压上正下负；当T2和T3导通时，末端电阻的电流流向逆转，此时电压下负上正，LVDS即通过此来传输高低电平。另外，发送电路内部一般都会有直流偏置来提供共模电压。
2. 共模电压

LVDS电平标准对共模电压做了具体的要求，并且根据实际的芯片手册来看，输入输出对共模电压的要求并不一致，那么，共模电压有什么作用，为什么共模电压的要求会不一致呢。

图3 SN65LVDS049 的输入输出参数

图3截取了SN65LVDS049 的相关参数，可以看到其输出共模电压是1.125V ~ 1.375V，输入共模电压为0.05~2.35V，两者相差较大，原因在于输出参数为性能要求决定，通过内部偏置电压，可以满足参数的要求，而输入参数则更多的由器件本身特性决定，它表示该器件可正常工作的一个范围。至于为什么是这么一个范围，则需要进一步分析。

LVDS的接收器是一个运放，运放的输入级如图4所示。

图4 运放输入级的结构

M1和M2组成电流镜，为M3和M4组成的差分输入对提供有源负载。使用电流镜的原因是因为电流源的阻抗非常大，根据A v =gmR D ,理论上可以提供很大电压增益，并且电流源也可提供稳定的偏置电流，减小温度的影响。MOS管的跨导gm在饱和区较大且较为稳定，所以在放大电路中，MOS管一般工作在饱和区。为了满足这个要求，我们需要对MOS管的工作点进行设置，这也是共模电压的任务。

为了简化分析，假设MOS的开启电压为0，如若要使MOS管工作在饱和区，要满足V gd

Vcm -VDD -Von（sat）

即：

Vcm

显然，Vcm应大于Vth ，故有：

Vth

可见，输入共模电压的取值是比较宽泛的，所以，当输入电压的值较大，输入共模电压的值自然会升高。而输出共模电压的值是内部偏置电压决定的，两者存在差异是正常的。

3. 终端电阻、偏置电流源以及输入门限电压
   终端匹配电阻取值100ohm主要是为了阻抗匹配。从标准上看，偏置电流源的大小也是可以调节的，摆幅低时传输距离短，但是可以达到更高的频率，反之则传输距离可以变长但频率上限会降低。门限电压则可由器件工艺控制，是一个硬性指标。