差分信号标准比较：速度、摆幅与功耗的权衡

差分信号标准比较：速度、摆幅与功耗的权衡

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/weixin_43199439/article/details/142287241

差分信号是现代电子通信系统中常用的一种信号传输方式，通过一对线上的电压差来传输信息，具有较强的抗干扰能力和信号完整性。不同的差分信号标准在速度、摆幅和功耗等方面存在差异，适用于不同的应用场景。本文将对几种常见的差分信号标准进行比较分析。

上图展示了不同差分信号标准的参数比较，包括LVDS（低电压差分信号）、LVPECL（低压正射极耦合逻辑）、CML（电流模式逻辑）、M-LVDS（多点低压差分信号）以及B-LVDS（增强型低压差分信号）。它们的参数对比如下：

• Industry Standard（行业标准）：不同的差分信号协议对应的标准化规范，部分协议可能没有相应的行业标准。
• Maximum Data Rate（最大数据速率）：每种标准所支持的最大数据传输速率，单位为Gbps或Mbps。
• Output Swing (VOD)（输出电压摆幅）：差分输出信号的电压摆幅大小，通常用±mV表示。电压摆幅越大，信号在传输过程中越抗干扰，但功耗也相应提高。
• Power Consumption（功耗）：各个标准的功耗水平。功耗高通常与输出电压摆幅和工作速度成正比。

速度和幅度的差异原理解释：

数据速率（Data Rate）

数据速率指的是每秒可以传输的比特数。较高的数据速率意味着可以在单位时间内传输更多信息。不同的信号标准支持的最大数据速率不同，这是由其内部设计和技术限制决定的。

• LVDS：LVDS采用的是较低的电压摆幅（±350mV），这可以减小功耗，并且能够在高频下较好地保持信号完整性。但由于信号摆幅较小，它的抗噪能力不如高电压摆幅的信号标准，因此数据速率较为适中，最大支持约3.125 Gbps。
• LVPECL和CML：这两种标准的摆幅为±800mV，摆幅较大，因此具备更强的抗干扰能力和信号质量，也能够支持更高的传输速率，超过10 Gbps。
• M-LVDS和B-LVDS：这两种协议的输出摆幅为±550mV，M-LVDS专为多点传输设计，主要用于较低速的多节点通信，因此数据速率较低，为250 Mbps。而B-LVDS支持更高的速率，达800 Mbps。

输出摆幅（Voltage Swing，VOD）

输出电压摆幅是指差分信号两条线之间的电压差。这影响了信号的抗干扰能力以及功耗：

• LVDS：低电压差分信号的设计初衷是为了低功耗应用，因此它采用较低的摆幅（±350mV）。摆幅越小，功耗就越低，但抗干扰能力也会降低，所以它适合较短距离或较低速率的传输。
• LVPECL和CML：这两种标准采用较高的电压摆幅（±800mV），这使得它们具备更强的抗干扰能力，能够在长距离、高速传输中保持信号的完整性，但这也意味着功耗会较高。
• M-LVDS和B-LVDS：M-LVDS和B-LVDS的电压摆幅（±550mV）介于LVDS与LVPECL之间，这使它们在功耗和抗干扰能力之间找到了平衡，适合用于中等速率、较长距离的多点应用中。

速度和电压摆幅的关系：

• 电压摆幅越大，信号在传输过程中能够更好地抵御噪声和干扰，信号的完整性更强，这意味着可以支持更高的数据速率。然而，功耗也会增加，因为驱动更大的电压摆幅需要更多的电能。
• 电压摆幅较小，如LVDS，虽然功耗低，但抗干扰能力相对较弱，因此在长距离或高频率的情况下，信号衰减较快，数据速率受到限制。

总结：

不同差分信号标准根据它们的设计目标（功耗、抗干扰能力、数据速率）在电压摆幅和数据速率之间做出权衡。LVDS注重低功耗，适合中等速率的数据传输；而LVPECL和CML则为了更高的速率，使用更大的电压摆幅以提高抗干扰能力，代价是较高的功耗；M-LVDS和B-LVDS则在多点通信中提供了适中的摆幅和速率，适用于中等距离和中等速率的传输应用。