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Como Funciona o LVDS - Low Voltage Differential Signaling (ART926)

Low voltage Differential Signaing ou Sinalização Diferencial de Baixa Tensão um sistema de sinalização que pode enviar sinais de alta velocidade mesmo através de um par de fios paralelos. Sua imunidade à interferências e alta velocidade permite seu uso na transmissão de sinais de vídeo para aplicações automotivas. Veja nesse artigo o que é o LVDS e como ele pode ser usado em eletrônica embarcada. 

 

Na verdade, não se trata de um sistema ultra-moderno, pois ele foi criado em 1994, tendo se tornado bastante comum em diversas aplicações que devam transmitir dados em alta velocidade com segurança.

O nome differential (diferencial) vem justamente do fato de que os sinais são transmitidos no modo diferencial (tensões opostas ou fases opostas nos condutores), o que aumenta sua imunidade à interferências externas.

Nesse sistema o transmissor injeta um sinal na linha de transmissão o qual consiste numa corrente de 3,5 mA. A corrente passa através de um resistor de 100 a 120 Ω no circuito receptor, gerando assim um sinal diferencial de aproximadamente 350 mV (deve ser considerada a resistência do fio entre o transmissor e o receptor).

O receptor sensoria a polaridade do sinal, gerando assim os níveis lógicos 0 ou 1 que correspondem à informação transmitida. Dizemos que o sistema opera no modo de elo de corrente ou " current loop" . Na figura 1 temos a estrutura básica do sistema.

 


 

 

 Um ponto importante a ser considerado nesse circuito é que a corrente muito baixa também contribui para uma geração diminuta de interferência eletromagnética (EMI).

No modo comum a tensão do sinal é da ordem de 1,25 V, o que possibilita a alimentação dos transmissores e também dos receptores com tensões muito baixas. Como a corrente também é muito baixa, esse sistemas se caracteriza por um baixo consumo, tipicamente de 1,2 mW no resistor de carga e da mesma ordem no restante do circuito.

No sistema LVDS os sinais têm os seguintes níveis para determinação da lógica:

Além das aplicações em comunicação geral de dados, o sistema LVDS também pode ser usado na transmissão de sinais de vídeo com grande eficiência.

Diversos padrões como o FDP-link (Flat Panel Display Link), LDI (LVDS Display Interface) ou OpenLDI permitem uma velocidade máxima de clock de 112 MHz, o que leva a resoluções muito altas como 1400 x 1050 (SXGA+) em 60 Hz ou 2048 x 1536 (QXGA) em Dual Link em 60 Hz. O FPD-link pode ser usado com comprimentos de cabo até 5 m enquanto o LDI tem um alcance máximo de 10 m. Na figura 2 uma comparação entre os diversos formatos de vídeo.

  


 

 

 

Uso Automotivo

Sinais de vídeo para uso automotivo podem ter diversas finalidades. Além do próprio televisor no painel, ligado a DVDs e outros recursos temos as aplicações que envolvem segurança e conforto.

Podemos citar os displays de vídeo que estão ligados a sistemas de navegação e à própria visão noturna ou detecção de obstáculos como no sistema IMAPCAR da NEC que permite reconhecer pedestres para evitar atropelamentos.

Em suma, vídeo de uso automotivo não apenas um simples acessório de luxo, mas deve estar presente na maioria dos carros do futuro como acessório obrigatório de diversos sistemas, como ocorreu com o Air Bag, ABS e outros sistemas que antes estavam presentes apenas em veículos de alto custo. Na figura 3 temos um exemplo de TV de uso automotivo.

  


 

 

 Até há pouco tempo o único formato disponível para os displays de vídeo automotivos eram as pequenas telas dos sistemas de navegação. Com o tempo, sinais de TV passaram a ser apresentados no mesmo display.

Nessa aplicação o maior problema estava no fato de que o display não estava perto do receptor, mas sim longe. Para os sinais de vídeo composto analógicos (CVBS ou composite video baseband signal) isso significava um problema sério a ser enfrentado. Na figura 4 temos o formato de um sinal CVBS-Pal.

  


 

 

 Além da sensibilidade à ruídos externos (o carro é um ambiente muito ruidoso) também era preciso considerar a deterioração do sinal transmitido, mesmo à distâncias relativamente pequenas.

A idéia que tomou corpo e que agora está sendo explorada consiste em se enviar sinais de vídeo na forma digital e uma interface robusta para essa finalidade é justamente a LVDS.

A Maxim (www.maxim-ic.com), por exemplo, oferece diversos chipsets para esse tipo de aplicação. Podemos citar, por exemplo, as MAX2913 e MAX2914 que podem ser integrada diretamente em sistemas de vídeo, conforme mostra a figura 5.

 


 

 

 Esses circuitos, de gerações iniciais tinha a desvantagem de exigir o uso de 4 pares de fios trançadas para o interfaceamento. Mais fácil de instalar e sem os mesmos problemas temos soluções mais modernas, como a sugerida pela própria Maxim e que é mostrada na figura 6, fazendo uso de apenas um par trançado.

  


 

 

Essa geração de dispositivos pode operar numa velocidade de até 42 MHz, o que leva a taxas de até 1,15 Gbits/s e ainda com recursos para reduzir o offset entre o transmissor e o receptor. A idéia é simples. Se houver uma seqüência muito longa de zeros ou uns, ela tem partes invertidas e depois desinvertidas. no receptor, de modo a obter um melhor balanceamento do sinal, com a eliminação de uma possível tensão de offset.

Outra tecnologia a ser usada.para se evitar EMI, consiste em se enviar os sinais em espectro-espalhado. Com isso, os picos de energia são espalhados pela banda de freqüência, reduzindo a amplitude da EMI, conforme mostra a figura 7.

 


 

 

 Na verdade, a tendência é que nos veículos do futuro tenhamos diversas câmeras enviando sinais para um processador central que deve apresentar imagens em um display. Para essa aplicação, a taxa de dados não precisa ser muito alta, na maioria dos casos, mas existem diversos problemas ainda a ser superados no interfaceamento.

Um deles está justamente no fato de que devem também trafegar na rede sinais de controle, por exemplo, brilho, contraste, zoom, etc. Assim os LVDS da terceira geração, devem permitir a transmissão de dados de controle diretamente pela mesma linha e com isso eliminar-se a necessidade de qualquer circuito adicional de interfaceamento.

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