2、LVDS基本原理：差分信号传输、电流模式驱动、接收端端接匹配
LVDS（Low-Voltage Differential Signaling，低压差分信号）是一种高速、低功耗的I/O接口标准，广泛应用于板级高速数据传输。其核心思想是利用差分信号传输信息，通过电流模式驱动产生信号，并在接收端进行端接匹配以吸收能量、抑制反射。本节从这三个维度展开，为后续T22ULP工艺下的驱动能力测试奠定理论基础。
2.1 差分信号传输
差分信号使用两根物理线（通常标记为D+和D-）传输一路逻辑信息。发送端在D+和D-上施加幅度相等、极性相反的电压摆幅；接收端检测两线之间的电压差（VID = VD+ – VD-）来判定逻辑状态。
关键优势：
- 共模噪声抑制：外部噪声同时耦合到D+和D-上，差分接收器只响应差模分量，共模噪声被抵消。
- 电磁干扰（EMI）更低：两线电流方向相反，产生的磁场相互抵消，对外辐射小。
- 信号摆幅小：典型差分摆幅仅350 mV（单端摆幅±175 mV），功耗低且切换速度快。
下图展示了差分信号与单端信号的对比结构：
2.2 电流模式驱动
LVDS发送器采用电流模式驱动，而非传统的电压模式驱动。其核心是一个恒流源（典型值3.5 mA），通过一对开关管交替切换电流方向，在外部100 Ω端接电阻上产生差分电压。
工作原理：恒流源电流ISS（约3.5 mA）流经100 Ω端接电阻RT，产生差分电压VOD = ISS × RT = 3.5 mA × 100 Ω = 350 mV。电流方向由输入逻辑电平控制，从而在接收端产生正/负差分电压。
下表对比了电流模式驱动与电压模式驱动的关键差异：
| 特性 | 电流模式驱动（LVDS） | 电压模式驱动（传统CMOS） |
|---|---|---|
| 输出阻抗 | 高（近似恒流源） | 低（近似电压源） |
| 功耗 | 低（静态电流恒定） | 高（动态充放电电流大） |
| 信号摆幅 | 小（约350 mV） | 大（电源轨到轨） |
| EMI | 低 | 高 |
| 对端接的依赖 | 必须端接（否则无信号） | 不必须（但端接可改善信号质量） |
下图展示了LVDS电流模式驱动器的基本电路结构：
2.3 接收端端接匹配
LVDS接收器在差分线对之间跨接一个100 Ω端接电阻，该电阻靠近接收器放置。端接电阻有两个核心作用：
- 提供电流回路：电流模式驱动器的恒流源必须通过端接电阻形成闭合回路，才能产生差分电压。没有端接电阻，接收器输入端将处于高阻态，无法建立有效信号。
- 阻抗匹配抑制反射：100 Ω端接电阻与传输线的特征阻抗（通常设计为100 Ω差分阻抗）匹配，消除信号在接收端的反射，保证信号完整性。
设计注意事项：
- 端接电阻必须精确（±1%以内），偏差过大会导致共模电压偏移和信号反射。
- 端接电阻应尽量靠近接收器引脚放置，减小stub长度。
- 在T22ULP工艺中，端接电阻可使用多晶硅电阻或金属薄膜电阻实现，需考虑工艺角变化对电阻值的影响。
下表总结了LVDS系统中端接匹配的关键参数：
| 参数 | 标准值 | 说明 |
|---|---|---|
| 差分端接电阻 RT | 100 Ω ± 1% | 跨接在D+和D-之间 |
| 差分输出电压 VOD | 250 mV ~ 450 mV | 典型值350 mV（3.5 mA × 100 Ω） |
| 共模电压 VCM | 1.2 V（典型） | 由驱动器内部偏置决定 |
| 差分输入阈值 VTH | ±100 mV | 接收器判定逻辑的门限 |
下图展示了接收端端接匹配的完整信号链路：
2.4 小结
LVDS的基本原理可概括为：
- 差分信号传输提供优异的共模噪声抑制和低EMI特性。
- 电流模式驱动以恒流源配合开关管产生小摆幅差分电压，功耗低、速度快。
- 接收端端接匹配（100 Ω）既是电流回路的需要，也是阻抗匹配、保证信号完整性的关键。