硬件设计：LVDS电平标准
什么是LVDS？
LVDS（Low-Voltage Differential Signaling）是一种高速、低功耗的差分信号传输标准。它通过一对差分信号线（通常是两根互补信号线）来传输数据，广泛应用于高速数字通信领域。
LVDS 的核心特点
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低电压摆幅：
LVDS 的信号摆幅通常为 ±350mV，基准电平为1.2V。这种低摆幅设计可以减少信号反射与干扰，提高传输效率。 -
差分信号传输：
LVDS 通过一对信号线分别传输正、负信号。差分信号模式对共模噪声免疫力高，并且信号完整性更好。 -
高速传输：
LVDS 支持的最大传输速率可达数百 Mbps 至数 Gbps，具体速率取决于使用的具体硬件设计。 -
低功耗：
由于低电压摆幅和电流驱动模式，LVDS 的功耗比传统单端信号低。 -
信号完整性优异：
差分传输减少了电磁干扰（EMI），并使信号抗干扰能力更强。
LVDS 的工作原理
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差分对：
一对导线分别承载差分信号线 (Positive Signal: D+; Negative Signal: D-)，这对信号线上的电压差决定逻辑状态：
V d i f f = V D + − V D − V_{diff} = V_{D+} - V_{D-} Vdiff=VD+−VD−
V d i f f > 0 : 逻辑 1 V_{diff} > 0 : 逻辑1 Vdiff>0:逻辑1
V d i f f < 0 : 逻辑 0 V_{diff} < 0 : 逻辑0 Vdiff<0:逻辑0 -
电流驱动源：
发送端的 LVDS 驱动器产生约 3.5mA 的恒定电流，并流经传输线和接收端终端电阻（通常为 100 欧姆）。
LVDS 的优点
- 高速度、高带宽传输：适合需要大数据吞吐量的应用。
- 低EMI：适合在噪声敏感环境中使用。
- 长距离传输：相对于其他标准，LVDS 在信号完整性下降更慢。
LVDS 的缺点
- PCB 布线复杂：差分对设计要求严格，必须保持对称布线，避免阻抗不匹配。
- 器件成本较高：LVDS 收发器和接口器件相对于其他单端信号标准成本稍高。
LVDS 的应用
- FPGA 与外部高速接口：
在 FPGA 中，通过 LVDS 连接外部器件，如 ADC/DAC、摄像头、显示屏等。 - 高速数据总线：
常见于图像处理（如 MIPI、FPD-Link）和通信领域。
LVDS 与其他电平标准的比较
| 标准 | 特点 | 速度 | 电压摆幅 | 功耗 |
|---|---|---|---|---|
| LVDS | 高速、低功耗、差分传输 | 数 Gbps | ±350mV | 低 |
| CMOS | 单端传输，低速 | 百 Mbps 以下 | 3.3V, 1.8V 等 | 中 |
| PECL | 高速、高电流差分传输 | 数百 Mbps | ±800mV | 较高 |
| TTL | 单端传输，兼容性好 | 50 Mbps 以下 | 5V | 较高 |