Низковольтная передача дифференциальных сигналов (LVDS) является самым распространенным дифференциальным интерфейсом и применяется во многих устройствах, требующих высокоскоростную передачу данных благодаря универсальности характеристик. Как известно, USB 2.0 и DVI, HDMI, а также DisplayPort являются внешними интерфейсами, предназначенными для подключения оборудования различного типа, в то время как LVDS используется как внутренний интерфейс во многих устройствах при подключении базовых платформ, что находит применение в оборудовании различного функционального назначения.
С интерфейсом LVDS оконченный нагрузочный резистор между дифференциальными линиями имеет сопротивление 100 Ом и обеспечивает согласование импеданса для дифференциального сигнала. Однако синфазные составляющие практически открыты и отражаются от конца линии. Отраженные сигналы распространяются по кабелю, соединяющего платы, что может вызвать нежелательные излучение.
Основные средства борьбы с помехами включают удаление синфазных составляющих сигнала, что крайне важно для LVDS, поскольку такие сигналы оказывают значительное влияние на работу интерфейса. В этой связи, для улучшения передачи сигнала важным является местоположение и причины появления таких составляющих. Потенциальным местом появления синфазных составляющих являются основная плата и кабели, в которых поддерживается физический уровень (рисунок 1).
Синфазные фильтры - компоненты, используемые для решения проблем обеспечения электромагнитной совместимости, которые также эффективны для подавления синфазных помех на основной плате, вызванных рассмотренными выше причинами 1, 2 и 3 (рисунок 2 обобщает основные характеристики синфазных фильтров, которые требуется учитывать при их выборе.).
Компания TDK выпускает широкую линейку синфазных фильтров, которые подходят для различных целей. Необходимо тщательно выбирать изделия, чтобы улучшить параметры EMC высокоскоростных дифференциальных интерфейсов. Синфазные фильтры должны обладать следующими двумя свойствами:
1. Они не должны ослаблять дифференциальные сигналы.
2. Должны обладать высоким значением коэффициента подавления синфазного сигнала.
Первая характеристика обозначает, что фильтр не воздействует на сигнал. Таким образом, качество сигнала может быть гарантировано, даже если потери пропорционально больше по отношению к длине и типу кабеля для размера панели. Что касается второй характеристики, то высокий коэффициент подавления сигнала требуется для снижения вклада шума на частоте более 10 МГЦ, что принимается для низкого разрешения, поскольку тактовый сигнал LVDS меняется в соответствии с разрешением. Параметры синфазного фильтра, связанные с рассмотренными выше характеристиками, соответствуют:
1 → Дифференциальная характеристика импеданса (LVDS импеданс соответствует 100 Ом)
2 → Синфазный импеданс
Данные по синфазному импедансу представлены в каталогах TDK (рисунок 3).
Дифференциальная характеристика импеданса в каталогах TDK не приводится.
На рисунке 4 представлена линейка синфазных фильтров TDK, предназначенных для работы с интерфейсом LVDS. Фильтры с размером 2012 совместимы с импедансом 1000 Ом при 100 МГц. Максимальное значение импеданса для типоразмера 2012 соответствует 400 Ом. Серия TCM-L, представленная на рисунке 4, разработана специально для применения в LVDS.
В дополнение к электрическим характеристикам, рассмотренным выше, особое внимание следует уделять размеру компонента. LVDS состоит из 5...11 дифференциальных линий, включая линии передачи тактовых сигналов, что требует большее количество фильтров. В этой связи, компоненты должны быть небольшого размера. Линейка TDK включает отдельные фильтры с самым маленьким размером из существующих аналогичных изделий (типоразмер 0605), а также компоненты в исполнении " в сборке" с типоразмером 1608, что позволяет соответствовать различным потребностям заказчиков. На рисунке 5 приведены результаты оценки формы сигнала для компьютера. Тактовая частота была 65 МГц и скорость передачи данных составляла 455 Мбит/c. Отмечено, что применение сигнального фильтра на качество сигнала влияния не оказывало.
На рисунке 6 показаны результаты измерения излучения шума на примере компьютера. Было показано, что фильтр эффективен на пиковой частоте шума при 455 МГц.
Как уже было отмечено выше синфазные фильтры эффективны для подавления шумов в LVDS, но в последние годы размер панелей стал больше, увеличилась длина кабеля LVDS, что поспособствовало возникновению новых проблем. Таким образом, при увеличении длины кабеля:
В таких случаях синфазные фильтры, рассмотренные выше, могут иметь ограниченную эффективность работы. Для решения поставленной задачи была специально разработана серия TCM-L. такие компоненты способны устранять отраженные составляющие сигнала для улучшения его формы. Кроме того, изделия серии TCM-L уменьшают уровень излучения шума (синфазные составляющие устраняются). На рисунке 7 представлены результаты измерения сигнала для LVDS с использование фильтров TCM-L. Без использования фильтра на индикаторной диаграмме присутствуют наложенные высокочастотные составляющие на кривой сигнала из-за эффекта отражения. В данном случае качество сигнала не изменилось даже тогда, когда применялся фильтр TCM2010-201-4P. Однако, при использовании TCM2010L-201-4P отраженные высокочастотные составляющие волны могут быть устранены. В результате качество сигнала улучшилось.
На рисунке 8 представлены результаты измерения излучения шумов. Тактовая частота была установлена на уровне 135 МГц для того, чтобы создать жесткие условия эксплуатации. В качестве кабеля был выбран двухпроводной тип, поскольку именно такой тип кабеля наиболее часто используется для LVDS. В случае, когда фильтр не использовали рисунок (8 а), в гармониках сигнала LVDS проявлялся интенсивный пик.
При использовании фильтра TCM2010-201-4P (рисунок 8b), пики все еще фиксировались на частоте 500 МГц и выше. Применение фильтра TCM2010L-201- 4P позволило снизить шум в области частот 500-10000 МГц (Рисунок 8c).
Эти серии компонентов TDK представляют интерес для применения на частотах, где обычные синфазные фильтры не эффективны, что показывает актуальность их применения для устранения шумов, связанных с кабелем.
На рисунке 9 представлены защелкивающиеся фильтры, предназначенные для плоского кабеля.
В данной статье рассмотрены особенности и эффективность синфазных фильтров для LVDS. Можно отметить, что применение таких фильтров эффективно для снижения вклада синфазного шума, формирующегося основной платой. Серия TCM-L может быть использована для решения проблем с излучением помех в кабеле. Таким образом, такие компоненты могут найти применение в качестве мер по поддержанию EMC. В будущем, разрешение дисплеев будет и дальше увеличиваться. Ожидается, что новые интерфейсы (DisplayPort and V-by-One) заменят существующие. Тем не менее, благодаря тому, что LVDS считается технологией с низкой себестоимостью, его использование между основными платами и дальше будет играть важную роль. Таким образом, использование мер по устранению помех будет также актуально. Также предполагается, что потребность в компонентах, представленных в этом обзоре, увеличится с введением беспроводных устройств в TV системы.