3. LVDS接口原理
3.1 LVDS信号特性
LVDS（Low-Voltage Differential Signaling，低压差分信号）是一种低功耗、高速率的点对点数据传输技术，广泛应用于嵌入式显示接口（如LVDS屏、FPD-Link）。其核心特性如下：
| 特性 | 典型值 | 说明 |
|---|---|---|
| 差分电压摆幅 | ±350 mV（典型） | 低摆幅降低功耗与EMI |
| 共模电压 | 1.2 V（典型） | 接收器参考电平 |
| 单端信号摆幅 | 约 0.9 V ~ 1.4 V | 以共模为中心上下摆动 |
| 传输速率 | 100 Mbps ~ 1 Gbps | 每对差分线 |
| 功耗 | 约 1.2 mW（100 MHz时） | 远低于单端TTL/CMOS |
| 抗共模噪声 | 高 | 差分结构天然抑制共模干扰 |
关键优势： LVDS 的低摆幅和差分结构使其在高速传输时保持极低电磁辐射（EMI），非常适合长距离（可达10米以上）屏线连接。
3.2 电气标准
LVDS 电气标准由 TIA/EIA-644 定义，核心参数如下：
- 差分阻抗： 100 Ω ± 10%（终端匹配电阻必须跨接在接收器输入端）
- 输出电流： 恒流源驱动，典型值 3.5 mA
- 接收器阈值： 差分电压 > 100 mV 判为逻辑“1”；< -100 mV 判为逻辑“0”
- 共模范围： 接收器可容忍 0.2 V ~ 2.2 V 共模电压
设计注意： 终端电阻必须靠近接收器放置，且阻值偏差超过 ±5% 会导致信号反射和眼图闭合。PCB 走线差分对必须等长，长度差控制在 5 mil 以内。
3.3 数据传输机制
LVDS 采用串行化传输，将并行 RGB 数据与同步信号通过多对差分线逐位发送。以常见的 18-bit RGB（6位/通道）为例：
- 并行数据： 像素时钟、DE（数据使能）、HSync、VSync、R[0:5]、G[0:5]、B[0:5] 共 21 个信号
- 串行化： 发送端 SerDes 将 7 位并行数据转换为 1 对差分线上的串行流
- 映射关系： 通常使用 4 对数据差分线 + 1 对时钟差分线（4 Data + 1 Clock）
- 时钟速率： 像素时钟 × 7（因为每时钟周期传输 7 位）
映射示例： 以 JEIDA 标准为例，Data0 映射 G0、R5、R4、R3、R2、R1、R0；Data1 映射 B1、B0、G5、G4、G3、G2、G1；Data2 映射 HSync、VSync、DE、B5、B4、B3、B2；Data3 保留或用于扩展 24-bit。
3.4 差分对与时钟
LVDS 链路的核心是差分对和时钟的配合。下图展示了一个典型的 4 Data + 1 Clock LVDS 传输结构：
3.5 差分对布线规则
在嵌入式 Linux 显示驱动开发中，LVDS 的 PCB 布局直接影响信号完整性。以下是必须遵守的规则：
| 规则 | 要求 | 违反后果 |
|---|---|---|
| 差分对等长 | 同一对 P/N 走线长度差 < 5 mil | 共模噪声增加，眼图闭合 |
| 差分对间距 | 线宽 = 线距，保持 100Ω 差分阻抗 | 阻抗失配，反射增大 |
| 对间间距 | ≥ 3 倍线宽（3W 规则） | 串扰干扰相邻数据通道 |
| 参考平面 | 连续 GND 平面，无跨分割 | 阻抗突变，EMI 恶化 |
| 过孔数量 | 每对差分线过孔 ≤ 2 个 | 过孔引入寄生电感，信号衰减 |
驱动调试提示： 在 Linux 内核中，LVDS 时序通过
struct drm_display_mode 的 clock（像素时钟）、htotal、vtotal 等参数配置。若屏幕出现闪烁或条纹，首先检查差分对等长和终端电阻，其次检查时钟频率是否匹配 SerDes 的 7:1 串行化比率。
3.6 LVDS 与 HDMI 的电气差异
作为对比，下表列出 LVDS 与 HDMI 在电气层面的关键差异：
| 参数 | LVDS | HDMI |
|---|---|---|
| 信号类型 | 差分对（无编码） | 差分对 + TMDS 编码 |
| 电压摆幅 | ±350 mV | ±400 mV ~ ±600 mV |
| 共模电压 | 1.2 V | 3.3 V（TMDS 电平） |
| 时钟频率 | 像素时钟 × 7 | 像素时钟 × 10（TMDS 字符时钟） |
| 最大速率 | 约 1 Gbps/对 | 高达 6 Gbps/对（HDMI 2.1） |
| 传输距离 | 可达 10 米+ | 通常 5 米以内（无中继） |
| 应用场景 | 嵌入式屏、工控显示 | 消费电子、多媒体 |
理解 LVDS 的差分信号特性、电气标准、数据传输机制以及差分对与时钟的配合，是后续编写 DRM encoder 驱动、配置 LVDS 时序和调试显示输出的基础。下一节将深入 LVDS 桥接芯片的驱动实现。