إشارات التفاضلية ذات الجهد المنخفض

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن مصادر:  "إشارات التفاضلية ذات الجهد المنخفض" - الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( يوليو 2015 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

LVDS

إشارات التفاضلية ذات الجهد المنخفض
سنة الإنشاء	1994
سرعة	655 ميجابت/ثانية (معدلات تصل إلى 1-3 جيجابت/ثانية ممكنة)

إشارات التفاضلية ذات الجهد المنخفض ( LVDS )، والمعروفة أيضًا باسم TIA/EIA-644 ، هي معيار فني يحدد الخصائص الكهربائية لمعيار إشارات تفاضلية تسلسلية . تعمل LVDS بطاقة منخفضة ويمكن تشغيلها بسرعات عالية جدًا باستخدام كابلات نحاسية مجدولة رخيصة الثمن . LVDS هي مواصفة طبقة مادية فقط؛ تستخدمها العديد من معايير وتطبيقات اتصالات البيانات وتضيف طبقة ارتباط بيانات كما هو محدد في نموذج OSI فوقها.

تم تقديم LVDS في عام 1994، وأصبح شائعًا في المنتجات مثل أجهزة تلفزيون LCD، وأنظمة الترفيه في السيارات ، والكاميرات الصناعية والرؤية الآلية، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة واللوحية ، وأنظمة الاتصالات. التطبيقات النموذجية هي الفيديو عالي السرعة، والرسومات، ونقل بيانات كاميرا الفيديو، وحافلات الكمبيوتر للأغراض العامة .

في وقت مبكر، كان بائعي أجهزة الكمبيوتر المحمولة وشاشات LCD يستخدمون عادةً مصطلح LVDS بدلاً من FPD-Link عند الإشارة إلى بروتوكولهم، وأصبح مصطلح LVDS عن طريق الخطأ مرادفًا لـ Flat Panel Display Link في مفردات هندسة عرض الفيديو.

LVDS هو نظام إشارات تفاضلية ، مما يعني أنه ينقل المعلومات على هيئة الفرق بين الفولتية على زوج من الأسلاك؛ حيث تتم مقارنة جهدي السلكين عند جهاز الاستقبال. في التنفيذ النموذجي، يحقن جهاز الإرسال تيارًا ثابتًا يبلغ 3.5  مللي أمبير في الأسلاك، مع تحديد اتجاه التيار لمستوى المنطق الرقمي. يمر التيار عبر مقاومة إنهاء تبلغ حوالي 100 إلى 120 أوم (متوافقة مع معاوقة الكابل المميزة لتقليل الانعكاسات) عند الطرف المستقبل، ثم يعود في الاتجاه المعاكس عبر السلك الآخر. ومن قانون أوم ، فإن فرق الجهد عبر المقاومة يبلغ حوالي 350  مللي فولت . يستشعر جهاز الاستقبال قطبية هذا الجهد لتحديد مستوى المنطق.

طالما أن هناك اقترانًا محكمًا بين المجالين الكهربائي والمغناطيسي بين السلكين، فإن LVDS يقلل من توليد الضوضاء الكهرومغناطيسية. يرجع هذا الانخفاض في الضوضاء إلى تدفق التيار المتساوي والمعاكس في السلكين مما يخلق مجالات كهرومغناطيسية متساوية ومعاكسة تميل إلى إلغاء بعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك، فإن أسلاك النقل المقترنة بإحكام ستقلل من قابلية التعرض لتداخل الضوضاء الكهرومغناطيسية لأن الضوضاء ستؤثر على كل سلك بالتساوي وتظهر كضوضاء الوضع المشترك. لا يتأثر جهاز الاستقبال LVDS بضوضاء الوضع المشترك لأنه يستشعر الجهد التفاضلي، حيث تؤثر ضوضاء الوضع المشترك على كلا الزوجين بالتساوي، مما يؤدي إلى عدم وجود فرق جهد نسبي بينهما.

إن حقيقة أن جهاز الإرسال LVDS يستهلك تيارًا ثابتًا تضع أيضًا طلبًا أقل بكثير على فصل مصدر الطاقة وبالتالي تنتج تداخلًا أقل في خطوط الطاقة والأرض لدائرة الإرسال. وهذا يقلل أو يزيل الظواهر مثل ارتداد الأرض التي تُرى عادةً في خطوط النقل ذات النهاية الواحدة المنتهية حيث تستهلك مستويات المنطق العالية والمنخفضة تيارات مختلفة، أو في خطوط النقل غير المنتهية حيث يظهر التيار فجأة أثناء التبديل.

يسمح الجهد المنخفض للوضع المشترك (متوسط ​​الجهد على السلكين) البالغ حوالي 1.2 فولت باستخدام LVDS مع مجموعة واسعة من الدوائر المتكاملة بجهد مصدر طاقة يصل إلى 2.5 فولت أو أقل. بالإضافة إلى ذلك، هناك أشكال مختلفة من LVDS تستخدم جهد وضع مشترك أقل. أحد الأمثلة على ذلك هو LVDS الفرعي (الذي قدمته نوكيا في عام 2004) والذي يستخدم جهد وضع مشترك نموذجي يبلغ 0.9 فولت. مثال آخر هو إشارات الجهد المنخفض القابلة للتطوير لـ 400 مللي فولت (SLVS-400) المحددة في JEDEC JESD8-13 أكتوبر 2001 حيث يمكن أن يكون مصدر الطاقة منخفضًا مثل 800 مللي فولت ويكون جهد الوضع المشترك حوالي 400 مللي فولت.

يؤدي انخفاض الجهد التفاضلي، الذي يبلغ حوالي 350 مللي فولت، إلى استهلاك LVDS لكمية قليلة جدًا من الطاقة مقارنة بتقنيات الإشارة الأخرى. عند جهد إمداد 2.5 فولت، تصبح الطاقة اللازمة لتشغيل 3.5 مللي أمبير 8.75 مللي واط، مقارنة بـ 90 مللي واط التي يبددها مقاوم الحمل لإشارة RS-422 .

مستويات المنطق: ^[1]

في​	المجلد الأول	في أوه	في سي سي	مدير التسويق الخامس
أرضي	1.0 فولت	1.4 فولت	2.5–3.3 فولت	1.2 فولت

لا يعد LVDS نظام الإشارات التفاضلية منخفض الطاقة الوحيد المستخدم، حيث تتضمن الأنظمة الأخرى نظام الإدخال/الإخراج التسلسلي Fairchild Current Transfer Logic.

في عام 1994، قدمت شركة National Semiconductor نظام LVDS، والذي أصبح فيما بعد معيارًا فعليًا لنقل البيانات عالية السرعة. ^{[2] : 8}

أصبحت LVDS شائعة في منتصف التسعينيات. قبل ذلك، لم تكن دقة شاشات الكمبيوتر كبيرة بما يكفي لتحتاج إلى معدلات بيانات سريعة للرسومات والفيديو. ومع ذلك، في عام 1992، احتاجت شركة Apple Computer إلى طريقة لنقل تدفقات متعددة من الفيديو الرقمي دون زيادة تحميل NuBus الموجودة على اللوحة الخلفية . أنشأت Apple و National Semiconductor ( NSC ) QuickRing ، والتي كانت أول دائرة متكاملة تستخدم LVDS. كان QuickRing عبارة عن ناقل مساعد عالي السرعة لبيانات الفيديو لتجاوز NuBus في أجهزة كمبيوتر Macintosh. استمرت تطبيقات الوسائط المتعددة والحاسوب العملاق في التوسع لأن كلاهما كان بحاجة إلى نقل كميات كبيرة من البيانات عبر روابط يبلغ طولها عدة أمتار (من محرك الأقراص إلى محطة العمل على سبيل المثال).

كان أول تطبيق ناجح تجاريًا لـ LVDS في أجهزة الكمبيوتر المحمولة التي تنقل بيانات الفيديو من وحدات معالجة الرسومات إلى شاشات اللوحة المسطحة باستخدام رابط شاشة اللوحة المسطحة من شركة National Semiconductor. قللت مجموعة شرائح FPD-Link الأولى واجهة الفيديو بعرض 21 بت بالإضافة إلى الساعة إلى 4 أزواج تفاضلية فقط (8 أسلاك)، مما مكنها من المرور بسهولة عبر المفصلة بين الشاشة والكمبيوتر المحمول والاستفادة من خصائص الضوضاء المنخفضة لـ LVDS ومعدل البيانات السريع. أصبح FPD-Link هو المعيار المفتوح بحكم الأمر الواقع لتطبيق الكمبيوتر المحمول هذا في أواخر التسعينيات ولا يزال واجهة العرض السائدة اليوم ^{[ متى؟ ]} في أجهزة الكمبيوتر المحمولة واللوحية. هذا هو السبب في أن بائعي الدوائر المتكاملة مثل Texas Instruments وMaxim وFairchild وThine ينتجون إصداراتهم من مجموعة شرائح FPD-Link.

توسعت تطبيقات LVDS لتشمل شاشات مسطحة لأجهزة التلفاز الاستهلاكية مع زيادة دقة الشاشة وعمق الألوان. ولخدمة هذا التطبيق، استمرت شرائح FPD-Link في زيادة معدل البيانات وعدد قنوات LVDS المتوازية لتلبية متطلبات التلفاز الداخلية لنقل بيانات الفيديو من معالج الفيديو الرئيسي إلى وحدة التحكم في توقيت لوحة العرض. أصبح FPD-Link (يُطلق عليه عادةً LVDS) هو المعيار الفعلي لهذا الاتصال الداخلي للتلفاز ويظل الواجهة المهيمنة لهذا التطبيق في عام 2012. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

كان التطبيق المستهدف التالي هو نقل تدفقات الفيديو من خلال اتصال كبل خارجي بين كمبيوتر سطح المكتب والشاشة، أو مشغل DVD وجهاز تلفزيون. قدمت NSC متابعات ذات أداء أعلى لـ FPD-Link تسمى واجهة عرض LVDS (LDI) ومعايير OpenLDI . تسمح هذه المعايير بساعة بكسل قصوى تبلغ 112 ميجا هرتز، وهو ما يكفي لدقة عرض 1400 × 1050 ( SXGA + ) عند تحديث 60 هرتز. يمكن للرابط المزدوج تعزيز دقة العرض القصوى إلى 2048 × 1536 ( QXGA ) عند 60 هرتز. يعمل FPD-Link بأطوال كابل تصل إلى حوالي 5 أمتار، ويمتد LDI إلى حوالي 10 أمتار. ومع ذلك، فازت الواجهة المرئية الرقمية (DVI) باستخدام TMDS عبر إشارات CML بمنافسة المعايير وأصبحت المعيار للتوصيل الخارجي لأجهزة الكمبيوتر المكتبية بالشاشات، وأصبح HDMI في النهاية المعيار لتوصيل مصادر الفيديو الرقمية مثل مشغلات DVD بشاشات مسطحة في تطبيقات المستهلك.

تطبيق آخر ناجح لـ LVDS هو Camera Link ، وهو بروتوكول اتصال تسلسلي مصمم لتطبيقات الرؤية الحاسوبية ويستند إلى مجموعة شرائح NSC المسماة Channel Link والتي تستخدم LVDS. يقوم Camera Link بتوحيد واجهات الفيديو للمنتجات العلمية والصناعية بما في ذلك الكاميرات والكابلات وأجهزة التقاط الإطارات. تحافظ جمعية التصوير الآلي (AIA) على المعيار وتديره لأنها مجموعة التجارة العالمية للرؤية الآلية في الصناعة.

هناك أمثلة أخرى على LVDS المستخدمة في حافلات الكمبيوتر مثل HyperTransport و FireWire ، وكلاهما يعود تطورهما إلى العمل الذي تلا Futurebus ، والذي أدى أيضًا إلى SCI . بالإضافة إلى ذلك، فإن LVDS هي الطبقة المادية للإشارات في معايير SCSI (Ultra-2 SCSI والإصدارات الأحدث) للسماح بمعدلات بيانات أعلى وأطوال كابلات أطول. تستخدم Serial ATA (SATA) و RapidIO و SpaceWire LVDS للسماح بنقل البيانات بسرعة عالية.

نشرت شركة Intel وAMD بيانًا صحفيًا في ديسمبر 2010 يفيد بأنهما لن تدعما واجهة لوحة LCD LVDS في خطوط منتجاتهما بحلول عام 2013. وهما تروجان لواجهة DisplayPort المضمنة وDisplayPort الداخلية كحل مفضل لهما. ^[3] ومع ذلك، أثبتت واجهة لوحة LCD LVDS أنها الطريقة الأقل تكلفة لنقل الفيديو المتدفق من وحدة معالجة الفيديو إلى وحدة تحكم توقيت لوحة LCD داخل جهاز تلفزيون أو كمبيوتر محمول، وفي فبراير 2018، استمرت شركات تصنيع أجهزة تلفزيون LCD وأجهزة الكمبيوتر المحمولة في تقديم منتجات جديدة باستخدام واجهة LVDS.

تم تقديم LVDS في الأصل كمعيار 3.3 فولت. تتميز إشارات الجهد المنخفض القابلة للتطوير ( SLVS ) بجهد أقل في الوضع المشترك يبلغ 200 مللي فولت وتأرجح pp مخفض، ولكنها بخلاف ذلك هي نفس LVDS. ^{[2] : 9}

يعمل LVDS في كل من نقل البيانات المتوازي والمتسلسل . في عمليات النقل المتوازية، تحمل أزواج البيانات التفاضلية المتعددة عدة إشارات في وقت واحد بما في ذلك إشارة ساعة لمزامنة البيانات. في الاتصالات التسلسلية، يتم تسلسل إشارات متعددة ذات نهاية واحدة في زوج تفاضلي واحد بمعدل بيانات يساوي معدل جميع القنوات ذات النهاية الواحدة المجمعة. على سبيل المثال، يتم تسلسل ناقل موازٍ بعرض 7 بت في زوج واحد يعمل بمعدل بيانات يبلغ 7 أضعاف معدل بيانات قناة واحدة ذات نهاية واحدة. الأجهزة المستخدمة في التحويل بين البيانات التسلسلية والمتوازية هي المسلسل وإلغاء التسلسل، ويختصران إلى SerDes عندما يكون الجهازان موجودين في دائرة متكاملة واحدة.

على سبيل المثال، يستخدم FPD-Link في الواقع LVDS في مجموعة من الاتصالات المتسلسلة والمتوازية. يحتوي FPD-Link الأصلي المصمم لفيديو RGB 18 بت على 3 أزواج بيانات متوازية وزوج ساعة، لذا فهذا مخطط اتصال متوازي. ومع ذلك، ينقل كل من الأزواج الثلاثة 7 بتات متسلسلة أثناء كل دورة ساعة. لذا فإن الأزواج المتوازية في FPD-Link تحمل بيانات متسلسلة، لكنها تستخدم ساعة متوازية لاستعادة البيانات ومزامنتها.

يمكن أيضًا أن تتضمن اتصالات البيانات التسلسلية الساعة داخل مجرى البيانات التسلسلي. وهذا يلغي الحاجة إلى ساعة موازية لمزامنة البيانات. هناك طرق متعددة لتضمين ساعة في مجرى البيانات. إحدى الطرق هي إدخال بتتين إضافيتين في مجرى البيانات كبت بداية وبت توقف لضمان انتقالات البتات على فترات منتظمة لمحاكاة إشارة الساعة. طريقة أخرى هي التشفير 8b/10b.

لا يحدد LVDS مخطط ترميز بت لأنه معيار طبقة مادية فقط. يستوعب LVDS أي مخطط ترميز محدد من قبل المستخدم لإرسال واستقبال البيانات عبر رابط LVDS، بما في ذلك البيانات المشفرة 8b/10b. يدمج مخطط الترميز 8b/10b معلومات إشارة الساعة وله فائدة إضافية تتمثل في توازن التيار المستمر. يعد توازن التيار المستمر ضروريًا لمسارات الإرسال المقترنة بالتيار المتردد (مثل المسارات المقترنة بالسعة أو المحولات). هناك أيضًا طرق ترميز توازن التيار المستمر لساعة بدء/إيقاف البت المضمنة، والتي تتضمن عادةً تقنية تشفير البيانات. النقطة الأساسية في LVDS هي إشارات الطبقة المادية لنقل البتات عبر الأسلاك. إنه متوافق مع جميع تقنيات ترميز البيانات وتضمين الساعة تقريبًا.

عندما لا يكون زوج تفاضلي واحد من البيانات التسلسلية سريعًا بدرجة كافية، توجد تقنيات لتجميع قنوات البيانات التسلسلية بالتوازي وإضافة قناة ساعة موازية للمزامنة. هذه هي التقنية المستخدمة بواسطة FPD-Link. ومن الأمثلة الأخرى على LVDS المتوازية التي تستخدم أزواج LVDS متعددة وساعة موازية للمزامنة Channel Link و HyperTransport .

توجد أيضًا تقنية لزيادة معدل نقل البيانات عن طريق تجميع قنوات بيانات متعددة لـ LVDS مع ساعة مدمجة معًا. ومع ذلك، لا يُعد هذا LVDS متوازيًا لأنه لا يوجد ساعة متوازية ولكل قناة معلومات ساعة خاصة بها. ومن الأمثلة على هذه التقنية PCI Express حيث تحمل 2 أو 4 أو 8 قنوات تسلسلية مشفرة 8b/10b بيانات التطبيق من المصدر إلى الوجهة. في هذه الحالة، يجب أن تستخدم الوجهة طريقة مزامنة البيانات لمحاذاة قنوات البيانات التسلسلية المتعددة.

كان معيار LVDS الأصلي يتصور فقط قيادة إشارة رقمية من جهاز إرسال واحد إلى جهاز استقبال واحد في طوبولوجيا من نقطة إلى نقطة. ومع ذلك، سرعان ما أراد المهندسون الذين يستخدمون منتجات LVDS الأولى قيادة أجهزة استقبال متعددة بجهاز إرسال واحد في طوبولوجيا متعددة النقاط. ونتيجة لذلك، اخترعت شركة NSC نظام Bus LVDS (BLVDS) باعتباره أول اختلاف في LVDS مصمم لتشغيل أجهزة استقبال LVDS متعددة. ويستخدم مقاومات الإنهاء في كل طرف من خط النقل التفاضلي للحفاظ على سلامة الإشارة. يعد الإنهاء المزدوج ضروريًا لأنه من الممكن أن يكون هناك جهاز إرسال واحد أو أكثر في وسط الحافلة لتوجيه الإشارات نحو أجهزة الاستقبال في كلا الاتجاهين. كان الاختلاف عن أجهزة إرسال LVDS القياسية هو زيادة خرج التيار من أجل قيادة مقاومات الإنهاء المتعددة. بالإضافة إلى ذلك، تحتاج أجهزة الإرسال إلى تحمل إمكانية قيام أجهزة إرسال أخرى بقيادة نفس الحافلة في نفس الوقت.

تعمل أجهزة LVDS من نقطة إلى نقطة عادةً عند 3.5 مللي أمبير. يمكن لأجهزة LVDS متعددة النقاط أو أجهزة LVDS الناقلة (B-LVDS) العمل حتى 12 مللي أمبير. ^{[2] : 9}

تعتبر LVDS الحافلات و LVDM (التفاضلية منخفضة الجهد متعددة النقاط) (من TI ) معايير LVDS متعددة النقاط بحكم الأمر الواقع . ^{[ بحاجة لمصدر ]}

يعد Multipoint LVDS ( MLVDS أو M-LVDS ^{[4] [5]} ) هو المعيار TIA (TIA-899). حدد معيار AdvancedTCA MLVDS لتوزيع الساعة عبر اللوحة الخلفية لكل لوحة وحدة حوسبة في النظام.

يحتوي MLVDS على نوعين من أجهزة الاستقبال. النوع 1 متوافق مع LVDS ويستخدم عتبة +/− 50 مللي فولت. تسمح أجهزة الاستقبال من النوع 2 بإرسال إشارات Wired-Or باستخدام أجهزة M-LVDS. بالنسبة لأجهزة M-LVDS:

	الناتج		مدخل
	الوضع المشترك	الاتساع ​
الحد الأدنى	0.3 فولت	0.48 فولت	-1.4 فولت
الأعلى.	2.1 فولت	0.65 فولت	+3.8 فولت

سبق الشكل الحالي من LVDS معيار سابق بدأ في Scalable Coherent Interface (SCI). كان SCI-LVDS جزءًا من عائلة معايير SCI وتم تحديده في معيار IEEE 1596.3 لعام 1995. صممت لجنة SCI LVDS لربط أنظمة المعالجة المتعددة بواجهة عالية السرعة ومنخفضة الطاقة لتحل محل المنطق المقترن بالباعث الإيجابي (PECL).

يحدد معيار ANSI / TIA / EIA -644-A (المنشور في عام 2001) LVDS. أوصى هذا المعيار في الأصل بمعدل بيانات أقصى يبلغ 655 ميجابت في الثانية عبر سلك نحاسي مجدول، ولكن معدلات البيانات من 1 إلى 3 جيجابت في الثانية شائعة اليوم على وسائط النقل عالية الجودة. [ 6 ] اليوم ، تُستخدم ^أيضًا تقنيات نقل إشارة الفيديو الرقمية ذات النطاق العريض مثل LVDS في المركبات، حيث تساعد الإشارة المنقولة كإشارة تفاضلية لأسباب التوافق الكهرومغناطيسي. ومع ذلك، يجب استخدام كابلات مجدولة عالية الجودة محمية مع أنظمة موصلات معقدة للكابلات. البديل هو استخدام الكابلات المحورية. أظهرت الدراسات أنه من الممكن على الرغم من وسيط النقل المبسط أن تهيمن على كل من الانبعاث والحصانة في نطاق التردد العالي. يمكن أن تكون اتصالات الفيديو عالية السرعة في المستقبل أصغر وأخف وزناً وأرخص في التنفيذ.

تُستخدم تقنيات نقل الفيديو التسلسلي على نطاق واسع في السيارات لربط الكاميرات والشاشات وأجهزة التحكم. تتمتع بيانات الفيديو غير المضغوطة ببعض المزايا لتطبيقات معينة. تسمح بروتوكولات الاتصال التسلسلي الآن بنقل معدلات البيانات في نطاق 3 إلى 4 جيجابت في الثانية وبالتالي التحكم في الشاشات بدقة تصل إلى دقة الوضوح العالي الكامل. يعد دمج مكونات المسلسل وفك التسلسل في وحدة التحكم بسبب انخفاض المتطلبات على الأجهزة والبرامج الإضافية أمرًا بسيطًا وغير مكلف. في المقابل، تتطلب حلول الحافلة لتوصيل نقل الفيديو بوحدة تحكم الشبكة المقابلة، وإذا لزم الأمر موارد لضغط البيانات. نظرًا لأنه بالنسبة للعديد من التطبيقات، لا يلزم وجود شبكة كاملة الوظائف في جميع أنحاء بنية الفيديو وبالنسبة لبعض المركبات، فإن ضغط البيانات غير ممكن بسبب فقدان جودة الصورة والكمون الإضافي، فإن تقنيات نقل الفيديو الموجهة بالحافلة لا تزال جذابة جزئيًا فقط.

• منطق الوضع الحالي ، معيار آخر للإشارة التفاضلية
• وحدة تحكم العرض ، نوع IC واحد يرسل إشارة LVDS
• FPD-Link ، جهاز LVDS مشابه ولكنه مختلف
• قائمة معدلات بت الواجهة
• منطق الباعث الموجب المقترن (PECL وLVPECL)

• LVDS متعدد النقاط (M-LVDS) - معيار الناقل من Texas Instruments، 2007. (تم أرشفته)
• كتاب تطبيقات وبيانات LVDS، SLLD009، Texas Instruments ، نوفمبر 2002.
• نظرة عامة على تقنية LVDS، AN-971، شركة Texas Instruments، يوليو 1998.
• دليل مالك LVDS، الطبعة الرابعة، Texas Instruments، 2008.
• مقدمة إلى M-LVDS (TIA/EIA-899)، SLLA108، Texas Instruments، فبراير 2002.
• إشارات الجهد المنخفض القابلة للتطوير SLVS-400، معيار JEDEC، JESD8-13، أكتوبر 2001.
• توافق LVDS مع معايير واجهة RS422 وRS485، AN-5023، شركة Fairchild Semiconductor ، يوليو 2002.
• LVDS وM-LVDS وPECL ICs، Texas Instruments