LVDS高速数据传输技术在全彩LED控制系统中的应用

兰州交通大学电子与信息工程学院 胡月华，谢彦峰，张忠林 引言 lvds (低电压差分信号)是一种能满足超高速数据传输的新技术，它具有低电压、低辐射、低功耗、低成本和内含时钟等优点，尤其适用于有一定传输距离要求的低功耗高速数据传输。由于用lvds接口传输信号必须先进行lvds和ttl的转换，所以在lvds接口处使用专用lvds收发器芯片不仅提高了成本，而且增大了pcb板的面积；而用千兆网卡传输则需要使用帧同步字，并且在接收端需要对接收到的数据进行同步字校验。为此，本文在全彩led控制系统信号传输中采用了与高速时钟采样进行同步接收的lvds传输方案，从而省去了同步字和控制信号，且增加了板子的集成度，并使整个系统信号传输稳定，成本降低。 1 基于lvds的数据传输硬件设计 1.1 全彩led控制系统 全彩是指显示屏上每像素的颜色显示采用24bit，共显示16 777 216种颜色。而现今许多图形显示只支持8 bit颜色值，只能显示256种颜色。本设计的全彩led屏可与计算机vga显示屏实时同步输出显示，并可任意播放图片、文字、广播、电视、录像、vcd以及各种三维动画。此外还能完全适应户外各种恶劣性环境(如防腐，防水，防潮，防雷，抗震等)。led屏的显示采用1024×768像素，数据量为1024×768×60(帧)×24=1132462080 bit，每个扫描板能控制128×128像素，所以完整显示a板的数据需要8×6=48块扫描板，a板的lvds信号一共使用6路，每路四对(clock+r-c-bdata(3对))；b板则使用两路，一路输入，一路输出，每路都由(clock+r-g-bdata (3对))构成。图1所示是a板和b板的连接示意图，其中a板为数据分发板，b板为扫描板。 1.2 lvds信号传输连接电路 图2为rj45_2接口电路连接图。使用lvds信号传输时，在接收端应有4个100ω的匹配电阻与差分线阻抗相匹配，以减少阻抗不匹配所导致的共模噪声增加和电磁干扰(emi)。值得注意的是，在走线时，差分线的长度应该保持一致，且差分线应彼此尽量靠近以减少反射，并应尽量减少信号路径中的过孔数量与阻抗的不均匀，此外，还要把lvds和ttl信号层分开以防止串扰。 图3为fpga的连接电路。本全彩led控制系统之所以选用fpga作为测试平台，其原因首先是fpga可以快速转向最终原型，其次是它的可再编程能力强，可以通过软件而不是硬件来满足设计的改进，而最重要的一点则是因为fpga提供了大量的资源，包括sdram驱动、zbt sram驱动和快速传输逻辑接口(lvds)等。ep2c5q208c8一共有208个管脚，分成4个bank，bank1的i／o接口用于差分信号线，bank2上的i／o接口与sdram相连接，bank3和bank4用来连接led显示屏的数据和控制信号。 2 基于lvds的传输软件 硬件电路连好之后，便可用vhdl语言编写相应的测试代码。可通过计数器生成rgb数据信号，然后把数据从fpga经差分线输出，再经过10米长的双绞线输入到fpga，从而检验lvds信号传输的稳定性，其示意图如图4所示。部分vhdl代码如下： 图5所示是用逻辑分析仪观察到的波形图。从图5可以看出，通过lvds信号线可使此系统在10米处稳定地传输100 mbps的信号。 3 结束语 高速信号传输对pcb板上信号的稳定性要求越来越高，为此，本文给出了用lvds信号进行高速数据传输的方案，并已成功完成测试。结果表明：在10米传输距离上，该方案可以稳定地传输高达100 mbps的数据信号，成本低，功耗低和集成度高。 （来源：电子元器件应用）