1 LVDS信号的工作原理和特点

对于高速电路，尤其是高速数据总线，常用的器件一般有：ECL、BTL、GTL和GTL+等。这些器件的工艺成熟，应用也较为广泛，但都存在一个共同的缺点，即功耗大。

新兴的CM0S工艺的低压差分信号(Low Voltage Differential Signal，简称LVDS)器件给了我们另一种选择。LVDS低压差分信号，最早由美国国家半导体公司(National Semiconductor)提出的一种高速串行信号传输电平，由于它传输速度快，功耗低，抗干扰能力强，传输距离远，易于匹配等优点，迅速得到诸多芯片制造厂商和应用商的青睐，并通过TIA/EIA (Telecommunication Industry Association/Electronic Industries Association)的确认，成为该组织的标准(ANSI/TIA/EIA-644 standard)。LVDS信号被广泛应用于计算机、通信以及消费电子领域，并被以PCI-Express为代表的第三代I/O标准中采用。

LVDS器件的工作原理如下：

如图1所示，其中发送端是一个3.5mA的电流源，产生的3.5mA的电流通过差分线中的一路到接收端。由于接收端对于直流表现为高阻，电流通过接收端的100Ω的匹配电阻产生350mV的电压，同时电流经过差分线的另一路流回发送端。当发送端进行状态变化时，通过改变流经100Ω电阻的电流方向产生有效的'0'和'1' 态。

LVDS的特点是电流驱动模式，低电压摆幅350mV可以提供更高的信号传输率，使用差分传输的方式，输入信号只与2个信号的差值有关，可将共模干扰抑制掉，可以使信号的噪声和EMI都减少。综上所述，LVDS有以下主要特点：

• 低的输出电压摆幅(350mV)；
• 差分特征是磁干扰相互抵消，消除共模噪声，减少EMI；
• 传输速度快，功耗低，抗干扰能力强，传输距离远，易于匹配等优点。

2 LVDS信号在PCB上的设计

由LVDS信号的工作原理及特点可以看出：LVDS信号不仅是差分信号，而且还是高速数字信号；因此LVDS传输媒质不管使用的是PCB线对还是电缆，都必须采取措施防止信号在媒质终端发生反射，同时应减少电磁干扰以保证信号的完整性。只要我们在布线时考虑到以上这些要素，设计高速差分线路板并不很困难。下面将简要介绍LVDS信号在PCB 上的设计要点：

• 布成多层板。
• LVDS信号阻抗计算与控制。
• 紧耦合原则。
• 走短线、直线。
• 不同差分线对间处理。
• LVDS信号远离其它信号。
• LVDS差分信号不可以跨平面分割。
• 接收端的匹配电阻的布局。
• 匹配电阻的精度要求。

3、LVDS信号PCB设计实例

根据以上处理原则，简单介绍一块LVDS信号PCB设计实例，此板为16层多层印制板，叠层与板材(FR-4板材)关系如图6。

LVDS信号分别走在L1和L16层，L1的屏蔽层为G2，L16屏蔽层为G15(其中G2、G15是一完整的地平面)，这样不但可以减少过孔数、线短，而且每个LVDS信号层都有完整的参考地平面相邻。

利用POLAR-SI6000计算表面微带差分走线：线宽6mils，线间距为6mils，阻抗理论计算值为99.1Ω。在生产过程中通过严格控制各种参数，利用CITS500S阻抗测试仪测试附连板的阻抗值范围为(95.6～106.8)Ω，完全符合阻抗控制要求。

4、结束语

在LVDS信号PCB设计上，我们要考虑的因素很多，不仅要考虑与其他信号相互间的影响，更关心是其自身阻抗的控制和线长控制等。