LVDS Nedir? Düşük Voltajlı Diferansiyel Sinyalleme

Bir önceki yazımızda Eski Laptop ekranın tekrar kullanılması hakkında bir içerik hazırlamıştık, bu laptop ekranı ile kontrol kartının bağlantılarını sağlayan kablonun adı LVDS kablosudur. Düşük voltaj diferansiyel sinyal, iki farklı sinyal kullanarak bilgilerin elektronik olarak iletilmesi için kullanılan bir tekniktir.

Diferansiyel sinyal, iki farklı sinyal kullanarak bilgilerin elektronik olarak iletilmesi için kullanılan bir tekniktir, protoköller ile karıştılmamalıdır, çünkü bir protoköl değildir. Buna karşılık, tek uçlu sinyalizasyonda sadece bir sinyal kullanır. Diferansiyel sinyal, hem analog sinyal hem de dijital sinyal için etkilidir. Bazı ses sistemleri hala analog sistemler kullanıyor, ancak Ethernet, Evrensel Seri Veri Yolu (USB), RS-422 ve RS-485 gibi çoğu iletişim protokolü dijital sinyal kullanıyor.

Alıcı, iletilen iki sinyal arasındaki voltaj farkını okuyarak orijinal sinyali yeniden birleştirir. Bu teknik, alıcının, verici ile alıcı arasında hareket ettikçe büyük ölçüde değişebilen sinyallerin mutlak gerilimini görmezden gelmesine izin verir. Bu sebeple, diferansiyel sinyal, bilgiyi tek uçlu sinyalleme göre elektronik olarak ileten çok daha güvenli bir yoldur. Diferansiyel sinyal, tek uçlu sinyalin iki katı kadar gürültüye karşı dirence sahiptir. Bu, mobil ve taşınabilir telefonlar gibi düşük voltajlı elektronik cihazlarla bir avantajdır. Bu cihazlar, istenmeyen radyasyonu azaltmak ve güç tasarrufu sağlamak amacıyla düşük voltajlı sarf malzemelerine doğru yönelmeye devam eder.

Tek uçlu bir dijital sistemdeki yüksek mantık seviyesi, besleme voltajıdır (Vs). Bu sistemdeki düşük mantık seviyesi, toprak voltajı ya da 0 volt (V) ‘dir. Bu iki voltaj seviyesi arasındaki fark bu sebeple Vs – 0 V = Vs’dir . Bir çift diferansiyel sinyaldeki voltajlar aynı büyüklükte fakat zıt kutuplara sahiptir, bu sebeple voltajlar + V ve –V’dir. Bu, iki sinyal arasındaki voltaj farkının (+ Vs) – (–Vs) = 2V olduğu , dolayısı ile sinyalin gürültü bağışıklığını iki katına çıkardığı manasına gelir. RS-232 gibi tek uçlu sinyaller, yalnızca bir tel gerektirme avantajına sahiptir. En az 12 volt voltaj, bir sinyali belirtir ve üç volttan düşük voltaj, sinyal eksikliği gösterir. Bu, tek uçlu bir sinyal için bazı gürültü bağışıklığı sağlar, çünkü doğal elektrik kaynakları nadiren üç volt üretir.

Tek uçlu bir sinyalin birincil dezavantajı, yüksek hızda çalışamamasıdır. Endüktans ve kapasitans, yüksek frekanslı sinyalleri iptal etme eğiliminde olan ve böylece tek uçlu bir sinyalin hızını sınırlayan elektriksel efektlerdir. Bu tür bir sinyal, iletim sırasında yüksek bir hata oranını önlemek için daha yüksek voltaj seviyeleri gerektirir. Bilgisayarlar genellikle elektromanyetik parazitlenmenin etkilerini en aza indirmek için farklı sinyaller kullanır. Bu cihazlar, girişimi engelleyemeyen doğru akımı kullanır. Bir bilgisayarın düşük voltajlı sinyal hattı ve yüksek voltajlı güç kaynağı hattı sıklıkla aynı toprağı paylaşır. Bu, güç hattının sinyal hattında önemli bir voltaj indüklemesine neden olarak girişime neden olabilir.

Uygulamaları

LVDS, 1990’ların ortasında popüler hale geldi. Bundan önce, bilgisayar ekranı çözünürlükleri, grafikler ve videolar için bu kadar hızlı veri hızlarına ihtiyaç duyacak kadar büyük değildi. Ancak 1992’de Apple Computer , arka planda mevcut NuBus’u aşırı yüklemeden birden çok dijital video akışını aktarmak için bir metoda ihtiyaç duyuyordu . Apple ve National Semiconductor ( NSC ) , LVDS kullanan ilk entegre devre olan QuickRing’i yarattı . QuickRing, Macintosh bilgisayarlarda NuBus’u atlamak için video verileri için yüksek hızlı bir yardımcı veri yoluydu.

Çok Noktalı LVDS

Orijinal LVDS standardı, sadece bir noktadan noktaya topolojide bir vericiden bir alıcıya dijital bir sinyal sürmeyi öngörüyordu. Bununla beraber, ilk LVDS ürünlerini kullanan mühendisler, kısa bir zaman sonra, çok noktalı bir topolojide tek bir verici ile birden fazla alıcıyı sürmek istedi. Sonuç olarak, NSC , birden fazla LVDS alıcısını çalıştırmak için tasarımı yapılmış LVDS’nin ilk varyasyonu olarak Bus LVDS’yi (BLVDS) icat etti . Sinyal bütünlüğünü korumak için diferansiyel iletim hattının her iki ucunda sonlandırma dirençleri kullanır. Veriyolu merkezinde bir ya da daha fazla vericinin her iki yöndeki alıcılara doğru sinyalleri devam etmesi mümkün olduğu için çift sonlandırma gereklidir. Standart LVDS vericilerinden farkı, çoklu sonlandırma dirençlerini sürmek için akım çıkışını arttırmaktı. Ek olarak, vericilerin aynı veriyolunu aynı anda süren diğer vericilerin olasılığını tolere etmesi gerekir.