[회로설계 - 기초이론] LVDS 통신 쉽게 이해하기

오늘은 RS422과 비슷한 LVDS 통신에 대해 알아보겠다.

1. LVDS란?

 

 

 

 

Low Voltage Differential Signaling, LVDS, 저전압 차등 시그널링이라 한다.
저렴한 연선 구리 케이블에 고속으로 동작이 가능한 전기적인 신호 시스템이다.
LVDS는 차등 신호 시스템으로, 송신기에서 서로 다른 (+,-) 두 개의 전압을 전송하는 것을 의미하고, 수신기에서 이 신호를 비교한다.
송신기는 적은 전류를 소모하며, 일반적으로 3.5mA를 소모하고, 전선수나 전송하는 논리 레벨에 따라 달라진다.
가장 중요한 요소중 하나인 수신기에 100~120옴의 저항이다. (자세한 내용은 아래에서 설명)
일반 모드 전압이 약 1.25V로 낮은 수준이고 LVDS는 2.5V 이하의 저전압 IC에 다양하게 적용할 수 있다.
350mV의 낮은 차분 전압은 LVDS가 다른 시스템보다 적은 전력을 소모하게 한다.

 

2. LVDS 통신 방식

그림에서와 같이 차동 신호로 통신을 한다. 
LVDS통신에서 가장 중요한 것은 반드시 Receiver 쪽에는 100~120옴에 해당하는 terminating저항을 꼭 달아주어야 한다.
*terminating 저항(종단 저항) 이란?
: 전송계 및 전송기기는 여러 설계 기준에 의한 임피던스를 가지고 있어서 분단점에서 반사 현상이 발생된다.
반사 현상을 줄이고 노이즈에 강하도록 설치하는 저항이 종단 저항이다.

그림으로만 보면 RS422과 정말 차이가 없어 보인다. 아래 그래프를 보며 이해해보자.

그래프를 보면 RS422/485의 막대는 약 0.3~3.3V까지의 범위를 갖고 LVDS는 1.05~1.4의 범위를 갖는다.
LVDS의 장점은 고속 통신에 유리한 장점이 있다. 그 이유가 그래프에 나와있다. 
공부하다 보면 왜 RS422을 쓸 때가 있고 LVDS를 쓸 때가 있지?라는 의문을 가질 때가 있을 것이다.
LVDS를 사용하는 이유는 업체나 요구사항이 RS422보다 빠른 고속 차동 신호의 통신을 원할 때 사용한다.
어떻게 고속인 것이냐면 RS422은 그래프에서 보다시피 전압의 범위가 넓고 LVDS는 짧다. 
바로 스윙을 LVDS가 더욱 작게 하기 때문에 RS422보다 더욱 빠른 고속 통신에 유리한 것이다.

LVDS의 가장 기본적인 장점은 동위 상의 노이즈를 제거하는 능력이다.
RS422과 마찬가지로 신호가 두 전압 간의 차이를 읽기 때문에 노이즈가 차동 쌍의 양 라인에 공통적으로 나타나면 수신기에 영향을 주지 않는다.
  
LVDS의 또 다른 장점은 바로 낮은 전력 소모가 있다.
LVDS의 전류 모드 드라이버는 차동 쌍을 통해 일정한 3.5mA의 전류를 공급한다. 즉 전력이 전류 제곱과 비례하므로 전류 공급이 낮기 때문에 전력 소모 또한 낮다.
RS422의 경우 부하에서 90mW의 전력을 소비하는 데에 비해 LVDS는 약 1.2mW의 전력을 소모한다.
    

오늘은 LVDS통신방식에 대해 알아보았다.  추후 포스팅에 LVDS 관련 IC분석을 하여 좀 더 이해가 잘되게끔 회로설계에 도움이 되게끔 포스팅해보도록 하겠다.