LVDS:n merkitys selitettynä: Pienjännitedifferentiaalisignalointi ja kaapelivalinnat

"LVDS" on yksi niistä lyhenteistä, joita esiintyy kaikkialla tietolomakkeissa, huoltooppaissa ja kytkentäkaavioissa, mutta se on harvoin selitetty selkeällä kielellä. Jos olet joskus avannut näyttökokoonpanon tai konenäkökameran ja löytänyt litteän nauhan, joka on rakennettu pienistä kierretyistä pareista, jotka syöttävät ohutta liitintä, olet jo tavannut sen. Tämä lyhyt opas paljastaa mitä kirjaimet tarkoittavat, miksi tekniikka on kestänyt niin kauan ja mitä se vaatii varsinaista työtä tekevältä kaapelilta.

Mitä LVDS tarkoittaa?

LVDS tarkoittaa Pienjännitedifferentiaalisignalointi . Se on sähköstandardi - jota yleensä kutsutaan nimellä TIA/EIA-644 -, joka kuvaa kuinka binääridataa ohjataan kupariparille käyttämällä hyvin pientä jännite-eroa. Jokaisella kolmella sanalla on todellinen merkitys.

Pieni jännite

Kuljettaja heilahtelee vain noin 350 millivolttia, istuen yhteistilan tasolla lähellä 1,2 volttia. Verrattuna 3,3 V:n tai 5 V:n yksipäiseen signaaliin, se on enemmän kuiskausta kuin huutoa, ja siksi liitäntä kuluttaa niin vähän virtaa nopeudella.

Differentiaalinen

Jokainen bitti kulkee kahdella johtimella, jotka kuljettavat toisiaan täydentäviä versioita samasta signaalista. Vastaanotin katsoo vain niiden välistä eroa, ei kumpaakaan maata vasten olevaa linjaa. Tämä antaa tekniikalle sen melunsietokyvyn.

Signalointi

Huomaa viimeinen sana huolellisesti. LVDS määrittelee sähköisen käyttäytymisen fyysisessä kerroksessa, ei protokollana. Se ei kerro mitään pakettirakenteesta, osoitteesta tai virheiden käsittelystä. Korkeamman tason muodot - näyttölinkit, kameraliitännät, korttien väliset datareitit - istuvat sen päällä ja antavat biteille merkityksensä.

Differentiaalinen Signaling in Plain Terms

Helpoin tapa ymmärtää LVDS on verrata sitä tavalliseen yksipäiseen signalointiin, jonka useimmat harrastajat kohtaavat ensimmäisenä. Yksipäisessä linkissä yksi johto kuljettaa jännitettä ja maa antaa vertailun. Kaikki johtoon kytkeytyvät kohinat tai maapotentiaalin siirtymät näiden kahden päiden välillä lisätään suoraan signaaliin. Differentiaalilinkissä kohina kytkeytyy molempiin johtimiin lähes yhtä paljon, joten se näkyy yhteismuotosiirtymänä, jonka vastaanotin vähentää.

Miksi suunnittelijat valitsevat LVDS:n?

Olemme vuosien varrella seuranneet LVDS:n selviytymistä uusien liitäntöjen aallosta toisensa jälkeen, ja syyt ovat pikemminkin käytännöllisiä kuin muodikkaita:

• Pieni virrankulutus, koska pieni keinu tuhlaa vähän energiaa.
• Voimakas yhteistilan melun torjuminen, jolla on merkitystä tehdaskerroksissa, jotka ovat täynnä taajuusmuuttajia ja inverttereitä.
• Korkea suorituskyky tavalliseen kupariin verrattuna ilman eksoottisten dielektristen materiaalien kustannuksia.
• Alhainen sähkömagneettinen emissio, koska kahdessa johtimessa on vastakkaisia ​​virtoja, jotka osittain kumoavat kenttinsä.
• Yksinkertainen pääte - yleensä yksi vastus lähellä vastaanotinta - joka pitää asettelut kompaktina.

Tärkeimmät LVDS-topologiat

Useimmat linkit jakautuvat johonkin kolmesta muodosta. A pisteestä pisteeseen yhteys yhdistää yhden ajurin yhteen vastaanottimeen ja on ylivoimaisesti yleisin. A monipudotus järjestely jakaa yhden ajurin useiden vastaanottimien kesken, mikä sopii kellojakaumaan. A monipiste versio, joskus kirjoitettu M-LVDS, sallii useiden kuljettajien ja vastaanottimien jakaa väylän tiukempien ajovaatimusten ja hallitun kilpailun kanssa. Väärän topologian valinta on yksi hiljaisista syistä ajoittaisiin linkkivirheisiin.

Missä LVDS näkyy oikeissa laitteissa

Käyttöliittymä on tutumpi kuin nimensä antaa ymmärtää. Se kuljettaa videokuvaa LCD-televisioiden ja -monitorien sisällä yhdistäen emolevyn ajastusohjaimeen. Sitä esiintyy teollisuuskameroissa, lääketieteellisissä kuvantamiskärryissä, testiinstrumenteissa ja autojen näyttövaljaissa. Tuotantolinjoilla se ompelee yhteen ohjauslevyt robottien ja CNC-laitteiden sisällä, missä insinöörit luottavat siihen siirtämään kooderi- ja anturitietoja ilman sähköisiä häiriöitä. Automaatiokaapeissa tämä luotettavuus on juuri se, mikä pitää linjan käynnissä.

Mitä LVDS tarkoittaa itse kaapelille

Tässä on osa, jolla on merkitystä kenelle tahansa valjaita määrittävälle: standardi on vain puolet tarinasta. Pieni differentiaaliheilahdus riippuu suuresti siirtovälineen käyttäytymisestä ennustettavasti. Jos paria ei ole rakennettu kontrolloidulle impedanssille tai jos yksi johdin on hieman pidempi kuin sen pari, hiipii sisään heijastuksia ja ajoitusvirheitä ja vastaanotin alkaa tehdä virheitä.

Parin sisäinen vino on hiljainen syyllinen. Kun parin johtimet eroavat pituudeltaan jopa muutaman millimetrin, kummankin bitin puolikkaat saapuvat hieman eri hetkillä ja vastaanottimen mittaama ero tahriutuu. Suojaus ratkaisee ongelman toisen puolen pitäen moottorin käyttökohinat ja radiotaajuiset häiriöt poissa signaalista, jolla on hyvin vähän varaa.

Kaappien kiinteisiin asennuksiin riittää yleensä kalvosuojattu, vakaalla impedanssilla varustettu kierretty parirakenne. Kun kaapeli kulkee liikkuvalla akselilla, hienosäikeiset johtimet ja toistuvaa taipumista kestävä vaippa ovat yhtä tärkeitä kuin sähköiset arvot.

DJYPVP suojattu kierretty paritietokonekaapeli kiinteisiin ja liikkuviin asennuksiin Kaksikerroksinen suojattu kierretty parirakenne hienosäikeisillä johtimilla ja kosteutta ja kulutusta kestävällä vaipalla tukee vakaata signaalin siirtoa kaapeissa ja lievissä teollisuusympäristöissä. Näytä tuote →

Olemme kirjoittaneet aiemmin aiheesta mikä määrittää korkean suorituskyvyn tietokonekaapeleiden siirtovakauden , ja sama fysiikka pätee tässä melkein sanasta sanaan.

Kaapelin sovittaminen sovellukseen

Suojattu tietokonekaapeli, jossa on yksittäin suojatut parit, on luonnollinen lähtökohta board-to-board- ja instrumenttiyhteyksille, koska rakenne pitää ylikuulumisen naapuriparien välillä hallinnassa. Kun data kulkee teollisen Ethernet- tai väyläliikenteen rinnalla samassa kanavassa, kaapeli, jonka impedanssi on tasainen koko pituudeltaan, välttää ikäviltä yllätyksiltä käyttöönoton aikana.

Cat6 Industrial Ethernet-väyläkaapeli kaksikerroksisella suojauksella Neljän parin Cat6-rakenne, jossa on yksilöllisesti suojatut parit ja folio- ja punossuojaus, tukee Gigabit Ethernetiä ja lyhyen matkan 10 gigabitin siirtoa vaativissa teollisuusympäristöissä. Näytä tuote →

Enkooderi- ja ratkaisijapalaute on toinen paikka, jossa nämä periaatteet purevat. Täydellisesti työstöpenkissä toimiva tasauspyörästöpari voi epäonnistua työstökoneessa, kun karakäyttö alkaa kytkeytyä, minkä vuoksi suojatut rakenteet erillisellä tyhjennyslangalla ovat niin yleisiä tässä roolissa.

Erittäin häiriönestoinen kooderikaapeli teolliseen liikepalautteeseen Monikerroksinen suojaus, vakaa ominaisimpedanssi ja vääntöä kestävä PUR-vaippa auttavat säilyttämään heikkoja enkooderin signaaleja EMI/RFI:tä vastaan CNC:ssä, robotiikassa ja automatisoiduissa tuotantolinjoissa. Näytä tuote →

Jos olet vielä kartoittamassa laajempaa järjestelmää, meidän automaatioratkaisut Yleiskatsaus näyttää, kuinka signaali-, ohjaus- ja tehokaapelointi tyypillisesti erotetaan nykyaikaisessa tuotantosolussa.

Lyhyt tarkistuslista ennen määrittelyä

Kun asiakas pyytää meiltä tarjouksen LVDS-tyylisestä linkistä, käsittelemme ensin seuraavat kysymykset:

1. Vahvista todellinen tiedonsiirtonopeus ja kattavuus, ei vain liitännän nimi.
2. Tarkista ohjaimen ja vastaanottimen odottama impedanssi – yleensä 100 Ω, mutta varmista.
3. Päätä, onko kaapeli kiinteä, ajoittain taipuva vai jatkuvassa liikkeessä.
4. Kartoita lähellä olevat melulähteet: käyttölaitteet, hitsauslaitteet, radiolähettimet.
5. Sovi päättämis- ja maadoitussuunnitelma ennen kuin ensimmäinen prototyyppi rakennetaan.

Yleisiä kysymyksiä LVDS:stä

Onko LVDS protokolla?

Ei. Se on sähköisen kerroksen eritelmä. Kehystys, koodaus ja virheenkäsittely tulevat mistä tahansa protokollasta, joka on kerrostettu päälle.

Voiko tavallista kierrettyä paria käyttää?

Joskus lyhyillä etäisyyksillä hiljaisissa ympäristöissä. Kaikkeen tuotantolaatuiseen kaapeli, jolla on ohjattu impedanssi ja tunnettu vino, on turvallisempi valinta.

Kuinka pitkälle LVDS-linkki voi ulottua?

Tyypillisesti muutaman metrin päässä kuparista tiedonsiirtonopeudesta ja kaapelin laadusta riippuen. Pidemmät ajot vaativat yleensä erilaista fyysistä kerrosta tai toistinta.

Onko käyttöliittymä edelleen ajankohtainen?

Todella paljon. Sen alhaisen tehon, vähäpäästöisen ja yksinkertaisuuden yhdistelmä pitää sen näytöissä, kameroissa ja teollisuuslaitteissa, joita huolletaan vielä vuosia.

Joten kun seuraavan kerran piirustuksessa luetellaan LVDS-pari, tiedät tarkalleen, mitä se vaatii: pieni, nopea, melua sietävä ero kahden johtimen välillä ja riittävän hyvin suunniteltu kaapeli säilyttämään eron koneen päistä toiseen. Laita kaapeli oikeaan ja liitäntä tekee työnsä hiljaa vuosia.