【LVDS电路结构】

LVDS 电路结构知识点（Layout / 面试版）

LVDS（Low Voltage Differential Signaling）是一种高速差分信号接口技术，通过恒定电流驱动差分负载，在较小电压摆幅下实现高速、低功耗的数据传输。典型差分摆幅约 350mV，共模电压约 1.2V。

1. LVDS 基本原理

LVDS 的核心思想是用恒定电流在两条差分线上切换路径，从而形成差分电压。

特点：

• 差分信号传输
• 小摆幅
• 高速
• 低功耗
• 抗噪声能力强

典型参数：

差分摆幅 ≈ 350mV 共模电压 ≈ 1.2V

2. LVDS TX 结构

LVDS transmitter 通常由以下几个模块组成：

logic │ pre-driver │ current steering driver │ TX_P / TX_N │ 100Ω termination

结构示意：

VDD │ current source │ ┌─────┴─────┐ │ │ TX_P TX_N │ │ └────100Ω───┘

核心思想：

电流在 TX_P 与 TX_N 之间切换

而不是像 CMOS IO 那样直接输出电压。

3. Current Steering Driver（核心电路）

LVDS TX 的核心是current steering driver（电流转向驱动）。

典型结构：

current source │ tail current │ ┌─────┴─────┐ │ │ M1 M2 │ │ TX_P TX_N

控制逻辑：

data = 1 电流 → TX_P data = 0 电流 → TX_N

因此：

TX_P - TX_N = 差分信号

4. LVDS 为什么可以高速

LVDS 能实现高速通信，主要有三个原因：

小摆幅

普通 CMOS：

0 ~ VDD

LVDS：

≈ 350mV

摆幅小 → RC 延迟小 → 速度更快。

差分信号

LVDS 使用：

TX_P TX_N

优势：

• 抗共模噪声
• 抗串扰
• 信号稳定性高

恒流驱动

LVDS driver 使用恒定电流源。

特点：

current steering

好处：

• EMI 小
• 功耗稳定
• 信号边沿更可控

5. LVDS RX 结构

LVDS receiver 通常包含：

RX_P RX_N │ differential amplifier │ comparator │ logic

结构示意：

RX_P ──┐ │ differential amplifier RX_N ──┘ │ comparator │ logic

作用：

• 差分放大
• 判决信号
• 输出数字逻辑

6. LVDS 版图实现重点

LVDS 是高速差分信号，因此版图实现需要特别注意以下几点。

差分对称

必须保证：

TX_P = TX_N

具体包括：

• 走线长度一致
• 使用相同 metal layer
• via 数量一致
• 转角方式一致

否则：

skew ↑ eye diagram ↓

电流源匹配

driver 中的电流源需要匹配。

常见方法：

common centroid interdigitation

避免电流失配。

终端电阻

差分终端通常为：

100Ω

用于匹配传输线阻抗。

寄生控制

高速信号对寄生 RC 非常敏感。

版图原则：

short routing 减少 via 避免大面积 metal 耦合

7. 面试回答模板

如果面试官问：

“LVDS 的电路结构是什么？”

可以回答：

LVDS 是一种低电压差分信号接口，通过恒定电流驱动差分负载来实现高速数据传输。在 TX 结构中，一般采用 current steering driver，通过尾电流源和差分开关结构，将电流在 TX_P 和 TX_N 之间切换，在 100Ω 差分负载上形成约 350mV 的差分电压。RX 端通常采用差分放大器加比较器进行信号恢复。在版图实现上，需要重点关注差分对称、current mirror 匹配、终端电阻以及高速信号寄生控制，以保证信号完整性。