作者：胡月華，謝彥峰，張忠林

引言

LVDS （低電壓差分信號(hào)）是一種能滿(mǎn)足超高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男录夹g(shù)，它具有低電壓、低輻射、低功耗、低成本和內(nèi)含時(shí)鐘等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于有一定傳輸距離要求的低功耗高速數(shù)據(jù)傳輸。由于用LVDS接口傳輸信號(hào)必須先進(jìn)行LVDS和TTL的轉(zhuǎn)換，所以在LVDS接口處使用專(zhuān)用LVDS收發(fā)器芯片不僅提高了成本，而且增大了PCB板的面積；而用千兆網(wǎng)卡傳輸則需要使用幀同步字，并且在接收端需要對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步字校驗(yàn)。為此，本文在全彩LED控制系統(tǒng)信號(hào)傳輸中采用了與高速時(shí)鐘采樣進(jìn)行同步接收的LVDS傳輸方案，從而省去了同步字和控制信號(hào)，且增加了板子的集成度，并使整個(gè)系統(tǒng)信號(hào)傳輸穩(wěn)定，成本降低。

1 基于LVDS的數(shù)據(jù)傳輸硬件設(shè)計(jì)

1.1 全彩LED控制系統(tǒng)

全彩是指顯示屏上每像素的顏色顯示采用24bit，共顯示16 777 216種顏色。而現(xiàn)今許多圖形顯示只支持8 bit顏色值，只能顯示256種顏色。本設(shè)計(jì)的全彩LED屏可與計(jì)算機(jī)VGA顯示屏實(shí)時(shí)同步輸出顯示，并可任意播放圖片、文字、廣播、電視、錄像、VCD以及各種三維動(dòng)畫(huà)。此外還能完全適應(yīng)戶(hù)外各種惡劣性環(huán)境（如防腐，防水，防潮，防雷，抗震等）。LED屏的顯示采用1024×768像素，數(shù)據(jù)量為1024×768×60（幀）×24=1132462080 bit，每個(gè)掃描板能控制128×128像素，所以完整顯示A板的數(shù)據(jù)需要8×6=48塊掃描板，A板的LVDS信號(hào)一共使用6路，每路四對(duì)（CLOCK+R-C-BDATA（3對(duì)））；B板則使用兩路，一路輸入，一路輸出，每路都由（CLOCK+R-G-BDATA （3對(duì)））構(gòu)成。圖1所示是A板和B板的連接示意圖，其中A板為數(shù)據(jù)分發(fā)板，B板為掃描板。

1.2 LVDS信號(hào)傳輸連接電路

圖2為RJ45_2接口電路連接圖。使用LVDS信號(hào)傳輸時(shí)，在接收端應(yīng)有4個(gè)100Ω的匹配電阻與差分線(xiàn)阻抗相匹配，以減少阻抗不匹配所導(dǎo)致的共模噪聲增加和電磁干擾（EMI）。值得注意的是，在走線(xiàn)時(shí)，差分線(xiàn)的長(zhǎng)度應(yīng)該保持一致，且差分線(xiàn)應(yīng)彼此盡量靠近以減少反射，并應(yīng)盡量減少信號(hào)路徑中的過(guò)孔數(shù)量與阻抗的不均勻，此外，還要把LVDS和TTL信號(hào)層分開(kāi)以防止串?dāng)_。

圖3為FPGA的連接電路。本全彩LED控制系統(tǒng)之所以選用FPGA作為測(cè)試平臺(tái)，其原因首先是FPGA可以快速轉(zhuǎn)向最終原型，其次是它的可再編程能力強(qiáng)，可以通過(guò)軟件而不是硬件來(lái)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的改進(jìn)，而最重要的一點(diǎn)則是因?yàn)镕PGA提供了大量的資源，包括SDRAM驅(qū)動(dòng)、ZBT SRAM驅(qū)動(dòng)和快速傳輸邏輯接口（LVDS）等。EP2C5Q208C8一共有208個(gè)管腳，分成4個(gè)BANK，BANK1的I／O接口用于差分信號(hào)線(xiàn)，BANK2上的I／O接口與SDRAM相連接，BANK3和BANK4用來(lái)連接LED顯示屏的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。

2 基于LVDS的傳輸軟件

硬件電路連好之后，便可用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)相應(yīng)的測(cè)試代碼。可通過(guò)計(jì)數(shù)器生成RGB數(shù)據(jù)信號(hào)，然后把數(shù)據(jù)從FPGA經(jīng)差分線(xiàn)輸出，再經(jīng)過(guò)10米長(zhǎng)的雙絞線(xiàn)輸入到FPGA，從而檢驗(yàn)LVDS信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，其示意圖如圖4所示。部分VHDL代碼如下：

圖5所示是用邏輯分析儀觀察到的波形圖。從圖5可以看出，通過(guò)LVDS信號(hào)線(xiàn)可使此系統(tǒng)在10米處穩(wěn)定地傳輸100 Mbps的信號(hào)。

3 結(jié)束語(yǔ)

高速信號(hào)傳輸對(duì)PCB板上信號(hào)的穩(wěn)定性要求越來(lái)越高，為此，本文給出了用LVDS信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨福⒁殉晒ν瓿蓽y(cè)試。結(jié)果表明：在10米傳輸距離上，該方案可以穩(wěn)定地傳輸高達(dá)100 MBps的數(shù)據(jù)信號(hào)，成本低，功耗低和集成度高。

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