作者：胡月華，謝彥峰，張忠林

引言

LVDS （低電壓差分信號）是一種能滿足超高速數據傳輸的新技術，它具有低電壓、低輻射、低功耗、低成本和內含時鐘等優點，尤其適用于有一定傳輸距離要求的低功耗高速數據傳輸。由于用LVDS接口傳輸信號必須先進行LVDS和TTL的轉換，所以在LVDS接口處使用專用LVDS收發器芯片不僅提高了成本，而且增大了PCB板的面積；而用千兆網卡傳輸則需要使用幀同步字，并且在接收端需要對接收到的數據進行同步字校驗。為此，本文在全彩LED控制系統信號傳輸中采用了與高速時鐘采樣進行同步接收的LVDS傳輸方案，從而省去了同步字和控制信號，且增加了板子的集成度，并使整個系統信號傳輸穩定，成本降低。

1 基于LVDS的數據傳輸硬件設計

1.1 全彩LED控制系統

全彩是指顯示屏上每像素的顏色顯示采用24bit，共顯示16 777 216種顏色。而現今許多圖形顯示只支持8 bit顏色值，只能顯示256種顏色。本設計的全彩LED屏可與計算機VGA顯示屏實時同步輸出顯示，并可任意播放圖片、文字、廣播、電視、錄像、VCD以及各種三維動畫。此外還能完全適應戶外各種惡劣性環境（如防腐，防水，防潮，防雷，抗震等）。LED屏的顯示采用1024×768像素，數據量為1024×768×60（幀）×24=1132462080 bit，每個掃描板能控制128×128像素，所以完整顯示A板的數據需要8×6=48塊掃描板，A板的LVDS信號一共使用6路，每路四對（CLOCK+R-C-BDATA（3對））；B板則使用兩路，一路輸入，一路輸出，每路都由（CLOCK+R-G-BDATA （3對））構成。圖1所示是A板和B板的連接示意圖，其中A板為數據分發板，B板為掃描板。

1.2 LVDS信號傳輸連接電路

圖2為RJ45_2接口電路連接圖。使用LVDS信號傳輸時，在接收端應有4個100Ω的匹配電阻與差分線阻抗相匹配，以減少阻抗不匹配所導致的共模噪聲增加和電磁干擾（EMI）。值得注意的是，在走線時，差分線的長度應該保持一致，且差分線應彼此盡量靠近以減少反射，并應盡量減少信號路徑中的過孔數量與阻抗的不均勻，此外，還要把LVDS和TTL信號層分開以防止串擾。

圖3為FPGA的連接電路。本全彩LED控制系統之所以選用FPGA作為測試平臺，其原因首先是FPGA可以快速轉向最終原型，其次是它的可再編程能力強，可以通過軟件而不是硬件來滿足設計的改進，而最重要的一點則是因為FPGA提供了大量的資源，包括SDRAM驅動、ZBT SRAM驅動和快速傳輸邏輯接口（LVDS）等。EP2C5Q208C8一共有208個管腳，分成4個BANK，BANK1的I／O接口用于差分信號線，BANK2上的I／O接口與SDRAM相連接，BANK3和BANK4用來連接LED顯示屏的數據和控制信號。

2 基于LVDS的傳輸軟件

硬件電路連好之后，便可用VHDL語言編寫相應的測試代碼。可通過計數器生成RGB數據信號，然后把數據從FPGA經差分線輸出，再經過10米長的雙絞線輸入到FPGA，從而檢驗LVDS信號傳輸的穩定性，其示意圖如圖4所示。部分VHDL代碼如下：

圖5所示是用邏輯分析儀觀察到的波形圖。從圖5可以看出，通過LVDS信號線可使此系統在10米處穩定地傳輸100 Mbps的信號。

3 結束語

高速信號傳輸對PCB板上信號的穩定性要求越來越高，為此，本文給出了用LVDS信號進行高速數據傳輸的方案，并已成功完成測試。結果表明：在10米傳輸距離上，該方案可以穩定地傳輸高達100 MBps的數據信號，成本低，功耗低和集成度高。

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