泰克科技-自动测量低压差分信号 (LVDS)应用指南

[{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/5e5163c8653f0c52.png"}},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"本应用指南 \n● 阐述了 LVDS 信号的基本要素 \n● 讨论了与标准范例有关的多项测量 \n● 描述了基于示波器的自动测量 \n本应用指南中涉及的仪器包括5和6系列 \nMSO 及 MSO/DPO70000C 系 列 示 波 器，装有TekExpress LVDS 自动测试和高级抖动分析软件。\n \n低压差分信号 (LVDS) 是一种流行的信号系统，适用于采用低功率进行高速数据传送的应用。它采用彼此相距很近的差分导体，对外部干扰实现了非常好的抗扰度。干扰会同等影响两条轨迹 ( 共模干扰 )，接收机以差分模式运行，忽略这些干扰。LVDS 也是为低EMI 设计的。两条轨迹传送极性相反的信号，从而抵消磁场。 \nLVDS 为应用中采用的多种标准奠定了基础，包括LCD 面板和图形控制器、视频接口、模数转换器(ADCs) 和传感器系统。多种视频标准依赖 LVDS，包括 OpenLDI、GVIF、GMSL、V-by-One （V-by-One 是 THine 电子公司的注册商标）和 FPD Link。每一种标准都采用基于 LVDS 的物理层，在物理层上运行不同的协议。 \n \n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":"电气特点 "},{"insert":"\nLVDS 信号在方向相反的反转线路和非反转线路上采用差分电压摆动，运行在共模电压之上。共模 (CM)电压可以从 0 V 向上变化，峰峰值摆幅可以高达 400 ~ 600 mV。\n尽管多种标准采用 LVDS，但大多数实现方式依赖100W差分端接电阻，拥有指定容限。除点到点标准外，还有许多多点标准，比如总线 LVDS 和 M-LVDS。\n采用 LVDS 的视频标准，如 OpenLDI、GVIF、GMSL、V-by-One 和 FPD-Link， 拥有基于LVDS的物理层，但不同标准采用不同的时钟输入 (嵌入式时钟、显示时钟、扩频时钟) 和通路规范。LVDS 还用于 ADC 和 DAC 等信号转换器中。 \n在上述应用中，通路数量可以是一条，也可以是多条。视频标准一般采用多条通路及一个或多个时钟。在任何多路应用中，控制不同通路之间的时延至关重要。\n \n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":"视频帧基础知识 "},{"insert":"\n由于 LVDS 通常用来传送视频信息，因此我们有必要看一下视频帧的结构。视频帧的基本单位是像素，帧是由像素组成的阵列。每个像素包含红、绿、蓝 (RGB)颜色信息。在视频总线上，像素作为数据包形式的比特序列发送。为了让接收机理解帧的内容，我们使用描绘器确定帧开头、行开头等。很多术语来自模拟合成视频信号时代。垂直同步信号 (VSYNC) 每个帧发生一次，它指明每个新帧的开头，以及上一个帧的结尾。 \n水平同步 (HSYNC) 描绘器在每次新的像素行开始时发生。帧包括垂直消隐和水平消隐，分别为各帧之间的延迟和各行之间的延迟。发生在有效视频之前的称为前廊 (HFP/VFP)，发生在有效视频之后的称为后廊(HBP/VBP)。 \n \n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":"OpenLDI 实例 "},{"insert":"\n为更好地理解 LVDS 的实际应用，我们看一下流行的视频标准 OpenLDI。这一标准的电气规范基于 TIA-644，通常用于应用处理器与 LCD 显示器之间。表 1是 OpenLDI v0.95 支持的常用显示器分辨率。\n "},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/8e5850c507c6b669.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"如上面“视频帧基础知识”所述，视频信号在帧中传送。帧要传送经过 3~8 条数据通路，拥有一个或两个时钟。 \nOpenLDI 有多个变种： \n● 18 位单像素，每个像素用三个 6 位 RGB 值表示。 \n● 24 位单像素，每个像素用四个 8 位 RGB 值表示。 \n● 18 位双像素，两个像素用一对三个 6 位值表示。 \n● 24 位双像素，两个像素用一对四个 8 位值表示。 \n注意在双像素实现方式中，两个像素同时发送。 \n对上面每种编码方式，物理层采用不同的结构，参见图 1。18 位单像素格式采用一个时钟和 3 条通路 (A)：A0 ~ A2 数据通路和 CLK1。双像素格式采用相同的通路和时钟，但增加了另一个时钟和另外 3 条通路 (B)：A4 ~ A6 和 CLK2。 \n24 位单像素格式采用一个时钟和 4 条通路 (A)：A0 ~ A3 及 CLK。双像素格式额外增加了四条通路，有两个时钟和 8 条通路 (B)：除 24 位单像素通路外，还使用A4 ~ A7 及 CLK2。\n "},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/5b9a1511c06d7118.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/4e132000c63c7519.png"}},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"为测试显示控制器的接收机，我们要求示波器最少要有 4 条通道，最多要有 10 条通道，具体取决于每个像素的位数和选择的像素模式。测试 4 条通道以上的选项之一，是使用开关矩阵顺序测试通道。另一个选项是使用 8 通道示波器，比如拥有最多 8 条通道的 5 "},{"attributes":{"align":"justify"},"insert":"\n"},{"insert":"系列 MSO。这种配置可以一次测试最多 8 条通路，明显节省了时间，特别是在执行表征时。5 系列 MSO还提供了长记录长度和 12 位 ADC，可以准确地进行测量。 "},{"attributes":{"align":"justify"},"insert":"\n"},{"insert":"OpenLDI 的物理层规范和电气规范基于 TIA-644。TIA-644 标准规定，驱动器输出跳变时间应不低于时间间隔的 30%，下限分别为 260 ps 和 1 ns。这要求示波器的带宽在 350 MHz 以上。LVDS 跳变时间是指信号的 Vpp 从 20% 变为 80% 所用的时间 .在 OpenLDI 中，1 位宽度是像素时钟的 1/7，为 160MHz。因此，数据速率是时钟速率的 7 倍，所以最大速率是 1.12 Gbps。 "},{"attributes":{"align":"justify"},"insert":"\n"},{"insert":"OpenLDI 检验中的某些重要指标包括预加重、成对通路内部时延和成对通路之间时延。本节中的指标源自V0.95 的 OpenLDI。 "},{"attributes":{"align":"justify"},"insert":"\n"},{"insert":"预加重：OpenLDI V0.95 支持在最远 10 米的距离内传送视频。接收机端的信号应可以恢复，所以信号被赋予预加重。预加重应满足图 2 所示的 OpenLDI V0.95 模板。"},{"attributes":{"align":"justify"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/daf0e144714bb67e.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"成对通路内部时延：这是差分对之间允许的最大时延。接收机应能够容忍最高 300 ps 的时延。成对通路之间时延指标：任意两对数据通路之间的时延应不高于 1 ns。 \n \n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":"LVDS 部分关键指标 "},{"insert":"\n在测试视频信号的各种参数，特别是多条通道上成对通路内部时延和成对通路之间时延时，要求进行非常准确可靠的测量。考虑到显示器是汽车和工业系统不可分割的组成部分，因此表征接口要求一种自动化工具，这种工具要能够在多个工艺、电压和温度拐角上运行测量，因为这些系统在严酷的环境中运行。 \n不同视频标准的要求不尽相同，比如要求应用 1 GHz带宽的均衡器。\n采用 LVDS 的 OpenLDI 实例说明了 LVDS 系统中非常重要的多项主要测量。其他标准可能要求其他测量，这些测量可能对排除故障具有重要意义： \n● 成对通路内部时延：测量所有差分通路对内部的时延 \n● 成对通路之间时延：测量所有通路对之间的时延 \n● 差分输出电压幅度 \n● 输出偏置电压 ( 共模 ) \n● 单位间隔 \n● 数据宽度 \n● 时钟频率 / 周期 \n● 跳变时间：上升时间 (tR)* \n下降时间 (tF)* \n*tr 和 tf 在信号从 20% 上升到 80% 时测得。可能需要进行抖动测试和分析，以测量数据信号和时钟上的抖动。在某些情况下，时钟可以使用扩频调制控制 EMI，这进一步提高了测试的复杂度。 \n可能会要求许多测量，但大部分测量可以使用泰克示波器上提供的 LVDS 测量软件和高级分析软件自动进行。\n \n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":"自动测量和 TekExpress "},{"insert":"\nTekExpress 软件自动进行与 LVDS 大多数变种有关的测量。它在 5 和 6 系列 MSO 和 MSO/DPO70000C 示波器上运行。变种包括与 LVDS 物理层有关的总线标准，以及与多种流行视频标准的物理层有关的总线标准。TekExpress 自动软件可以全面配置。可以使用SCPI 命令全面控制测试执行，进一步自动实现和量身定制系统。 \n软件可以在预录模式下测试离线波形，方便进行多轮测试。 \n测试设置包括： \n● 示波器 \n- 高级抖动选项 \n- TekExpress LVDS 自动测量选项 \n● 探头或相位匹配的 SMA 电缆 \n● DUT \n图 3 显示了相位匹配的基于 SMA 的连接和差分探头的设置图。 \n "},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/7638fee2853c6767.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"TekExpress 界面引导您设置参数，选择测试，应用极限。极限可以配置，可以保存重用。应用允许进行多路测试，5 系列 MSO 最多 8 路，6 系列 MSO 或MSO/DPO70000C 最多 4 路。 \n应用中的测试分组放在 Data 和 Clock 下。可以在有或没有扩频时钟 (SSC) 的情况下执行时钟测试。数据测试分成两个子类：一般测试和抖动测试 (图4)。为提高测试速度和通用性，测试软件提供了自动模板生成、可重新配置的时钟 / 数据恢复、预加重测试及最多两个支持均衡的滤波器文件。\n对采用嵌入式时钟的系统，应用提供了全面可配置的时钟和数据恢复功能 (图5)。其支持多种时钟恢复方式，包括恒定时钟、PLL 自定义带宽 (类型1/类型2)和显示时钟。(“显示时钟”适用于有单独时钟的情况)\n"},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/6d27a8d75daf77a8.png"}},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/e14d9ba291efc4f4.png"}},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" \n自动模板根据信号的最大摆幅电压、数据速率和模板形状生成模板。可以进一步手动精调自动生成的模板。"},{"attributes":{"align":"justify"},"insert":"\n"},{"insert":"模板形状可以是六边形、八边形和方形。一旦生成，模板会与眼图一起使用，检查违规，提供测试通过 /失败报告。"},{"attributes":{"align":"justify"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/70155d3faed80da3.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/466662f6297701b8.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"在测量完成后，自动软件会生成一份测试报告。对每个参数，它会给出相关通路编号、测得值、测试通过/失败指示、裕量。还可以包括捕获的屏幕图。结果可以按测试名称、通路编号和结果 (通过/失败) 分类。报告可以保存为 PDF、mht 和 csv 格式。 \n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":" "},{"insert":"\n"},{"attributes":{"bold":true},"insert":"总结"},{"insert":" \n低压差分信号为多种通信标准奠定了基础，其中许多标准用于严酷的环境中。再加上多路实现方案，使得测试变得既重要又复杂。示波器上运行的测试软件可以加快测量速度，提高测量一致性。\n"},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/1e2491c6257e9c53.png"}},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"insert":{"image":"https://community-1252773949.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/article/2033/14918cd65bd10029.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"——转自泰克科技"},{"attributes":{"align":"right"},"insert":"\n"},{"insert":" \n "},{"attributes":{"align":"justify"},"insert":"\n"},{"insert":" \n \n \n \n \n"}]