Was versteht man unter LVDS?
LVDS (Low Voltage Differential Signaling) ist eine elektrische Übertragungstechnik für digitale Signale, die sich durch niedrige Spannungspegel und differentielle Signalübertragung auszeichnet. Diese Technologie wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, unter anderem zur Verbindung von Bildschirmen, Computern und im Automobilbereich.
Vorteile der differenziellen Signalübertragung bei LVDS
Bei der differenziellen Signalübertragung werden zwei Signalleiter mit gleicher Spannung, aber entgegengesetztem Vorzeichen verwendet und die Differenzspannung im Empfänger ausgewertet. Einwirkende Gleichtaktstörungen wirken sich bei kleiner Distanz zwischen den Leitern gleich aus und können so durch die Differenzbildung entfernt werden. In der Praxis wird bei LVDS von einer Stromquelle ein Strom von beispielsweise 3,5 Milliampere erzeugt, durch den an einem 100-Ohm-Abschlusswiderstand am Empfänger eine Spannung von 350 Millivolt anliegt. Infolge des Umschaltens der Stromrichtung entsteht der invertierte Pegel von -350 Millivolt. Verdrillte Signalleiter minimieren die Einwirkung und Abstrahlung von Magnetfeldern.
Niedrige Spannungspegel bei LVDS und ihre Auswirkungen
LVDS arbeitet mit differentiellen Spannungspegeln zwischen 247 und 454 Millivolt, im Gegensatz zu anderen Technologien, die mit Signalpegeln von mehreren Volt arbeiten. Der Vorteil von geringen Spannungspegeln und somit geringen Strömen liegt in der Leistungsaufnahme der Übertragungsstrecke. Bei einer Stromstärke von 3,5 Milliampere und einer Spannung von 350 Millivolt weist der Abschlusswiderstand am Empfänger eine Leistungsaufnahme von nur etwas mehr als 1,2 Milliwatt auf. Gleichzeitig wird die emittierte Störstrahlung durch den geringen Pegel verringert.
Verwendung von LVDS
LVDS wurde ursprünglich 1994 von National Semiconductor veröffentlicht und aufgrund der weiten Verbreitung 1995 als ANSI/TIA/EIA-644 mit National Semiconductor in der Editor-Position standardisiert. Der Standard definiert eine Datenrate von 655 Mbit/s, jedoch wurden mit modernen Chips bereits Datenraten im Gbit/s-Bereich erreicht. LVDS wurde aufgrund der stetig steigenden Auflösung ursprünglich für die Verbindung von Bildschirmen in der Unterhaltungselektronik und Computern eingesetzt und hat aufgrund der hohen Zuverlässigkeit und kostengünstigen Implementierung auch den Weg in das automobile Umfeld gefunden. Der LVDS-Standard wird als Technologie in verschiedenen anderen Protokollen wie FPD-Link verwendet, da ANSI/TIA/EIA-644 nur die elektrische Ebene, wie die Eigenschaften von Sender und Empfänger, definiert und keine Vorgaben für höhere Protokollebenen macht. Die höchste Datenrate wird im Simplex-Betrieb erreicht, also bei der Übertragung von Daten in einer Richtung von einer Datenquelle zu einer Datensenke, z.B. von einer Kamera zu einem Display. Mit entsprechenden Chips ist auch eine Halbduplex-Übertragung möglich. Dabei kann die Übertragungsstrecke abwechselnd in beide Richtungen betrieben werden, allerdings sinkt dadurch die maximale Datenrate. Aufgrund der hohen Nachfrage wurde zusätzlich eine Multidrop-Variante von LVDS entwickelt. Hierbei werden zwischen Sender und Empfänger der Punkt-zu-Punkt-Verbindung weitere Empfänger über Stichleitungen an die Übertragungsstrecke angeschlossen. Die maximale Übertragungsrate ist abhängig vom Kabeltyp, der Länge der Übertragungsstrecke und der Übertragungsart.
Jonas Rumold
Jonas Rumold ist Junior Development Engineer in der Hochfrequenzentwicklung von MD ELEKTRONIK. Sein Aufgabengebiet bezieht sich auf Hochfrequenz-Messgeräte, Messverfahren, Auswertung von geschirmten und ungeschirmten Hochfrequenz-Datenleitungen und den aktuellen Standards zur Datenübertragung aus dem Automotive-Bereich.