作者：韓黨群，唐征兵，張慶玲

1 引 言

對于一些復雜的電子系統，單塊電路板很難實現整個電路的功能，往往需要多塊電路板才能實現祭個電路系統的功能，組成一個完整的電子系統；還有一 電子系統由于結構等原因，系統中的各功能模塊必須分離安裝，因此也必須使用多塊電路板來實現。在構成這一類的電子系統時，如果各個組成部分之間有大量的數據需要傳送，則系統中各個部分之間的通訊問題就顯得特別重要。應用并行差分傳送技術可以有效地解決問題，特別是對于傳輸距離較遠，傳輸數據量大，傳輸實時新要求高的場合，更可以顯示出該技術的優越性，從而為解決諸如上述提到的電子系統設計問題提供了更好的解決辦法與途徑。

2 LVDS技術

低壓差分傳送技術是基于低壓差分信號（Low Volt-agc Differential signaling）的傳送技術，從一個電路板系統內的高速信號傳送到不同電路系統之間的快速數據傳送都可以應用低壓差分傳送技術來實現，其應用正變得越來越重要。低壓差分信號相對于單端的傳送具有較高的噪聲抑制功能，其較低的電壓擺幅允許差分對線具有較高的數據傳輸速率，消耗較小的功率以及產生更低的電磁輻射。低壓差分傳送I/O接口標準由IEEE定義在TIA/EIA-644 and IEEE Std．1596．3這一技術規范內。

3 Cyclone可編成邏輯器件及其差分接口

Cyclone列系是Altera公司近年來推出的基于1．5 V，0．13μm全銅SRAM工藝現場可編程門陣列器件，其內部具有豐富的邏輯資源，最多可提供20060LEs，提供8個全局時鐘及1-2組時鐘鎖相環，內核采用1．5 V的低電壓，I／O接口支持1．5 V，2．5 V，3．3 V及5 V的接口標準，支持低成本的串行配置器件EPCS1，EPCS4等，這些資源為系統的設計帶來極大的方便，再加之其低廉的價格使得該系列器件的應用極為廣泛；除了上述的特點之外，Cyclone列系器件還提供了數目眾多的高速（640 Mb／s）LVDS I/O接口和低速（311 Mb／s）LVDS I／O接口，這些豐富的LVDS接口資源為差分傳送提供了便利，與傳統的低壓差分傳送接口相比較采用Cyclone的FPGA更具靈活性。Altera公司提供的QuartusⅡ軟件為Cyclone器件的應用提供了強大的支持。

圖1是采用Cyclone的FPGA實現低壓差分傳送的模型結構框圖。該傳送在2個cyclone的FPGA芯片之間進行，利用該可編程邏輯器件的I/O接口的LVDS驅動器把FPGA內部邏輯信號轉換為低壓差分信號對，經過傳輸線傳送到對方被差分接收電路接收，在發送器的輸出端接入電阻網絡可以削弱差分信號的幅值，防止信號產生振蕩，而在接收端的差分對線之間并入的100 Ω電阻作為終端電阻，由于差分接收器的輸入阻抗較高，因此差分對線上的電流主要通過終端電阻形成回路，從而也在接收器的輸入端形成差分接收的信號電壓。由于差分對線在傳輸過程中耦合的干擾信號大致相當，因此在差分接收時可以被較好抑制，這也是差分傳送技術最基本的原理與出發點。 圖2中（a），（b）分別是LVDS差分發送與接收時的信號波形。

表1是Cyclone系列器件差分接口工作的特性參數。

4 LVDS技術通訊的方案

低壓差分傳送技術僅是一種技術手段，簡單地講這種技術手段提供了用于通信的具有較高抗干擾能力的信號傳輸形式，但是對于一個具體的通訊系統而言，除了需要這樣的傳輸手段以外，還必須確定相應的通信方式及通訊協議，通常可以采用串行通信或并行的通信方式。對于串行通信方式又有異步串行通信與同步串行通信之分，異步串行通信不需要傳送時鐘信號，但是通信的速率通常較低，難以滿足高速數據通信的需要；同步串行通訊具有較高的通信速率，但是實現的難度較大，通信接口及相關的協議較復雜［4-5］。

并行通信方式通常具有較高的傳輸速率，且簡單易行，但是直接的簡單并行是不能進行較長距離的數據傳輸的，在通常情況下單端信號并行傳輸不具有長距離傳輸的意義。這里把并行傳輸方式與差分傳輸相結合就可以實現并行的差分傳送，他既具有差分傳輸的可靠性與高的抗干擾能力，又具有并行傳輸的高速性、實時性及簡單性。簡單地說并行差分傳送就是把并行傳送的單端信號轉換為差分信號進行傳送，并由接收端的差分接收電路接收后還原為單端信號。 由于單端信號轉換為差分信號后信號線的數量加倍，采用并行的差分傳送較適合解決較近距離的高速數據傳輸與設備互連，例如一幢建筑內部的設備互連，一個大型電子系統內部各不同單元之間的通信連接等。對于遠距離的通信采用該方式由于線路的成本及鋪設等原因較少采用。由于并行的差分傳送需要較多的差分發送器與差分接收器，采用通用的收發器將是系統地規模龐大，成本上升，不易實現，采用Cyclone系列的可編程邏輯器件，利用其豐富的差分接口資源可以使這一問題迎刃而解。

5 并行低壓差分傳送技術在工業繪圖機上的應用