CameraLink 1. LVDS 기술

 

*카메라 링크를 포함하여 앞으로 기술되는 모든 인터페이스에 대한 내용은 인터페이스별 규격(specification)을 기반으로 합니다.

 

 

 

카메라 링크(CameraLink)는 머신 비전 인터페이스의 하나이다. 이는 텍사스 인스트루먼트 사에서 발표한 채널 링크(Channel Link) 기술을 기반으로 하고 있으며, 따라서 카메라 링크는 채널 링크를 기반으로 한 머신 비전 어플리케이션의 한 종류라고도 할 수 있다.

그리고 다시, 채널 링크는 LVDS(Low Voltage Differential Signaling)기술을 기반으로 하고 있다. LVDS는 데이터 송신 기술의 한 종류이다. 이름에서와 같이 Low voltage, 즉 낮은 전압과 적은 전위차를 가지고 있다. 이는 고속 데이터 전송에서 매우 중요한데, low voltage signal일 경우 voltage swing에 걸리는 시간이 적으므로 고주파수에 유리하기 때문이다. 이렇듯 LVDS는 기술적 중요도가 높아서 ANSI/TIA/EIA-644 라는 이름으로 이미 표준화되어 있을 정도이다.

 

Conceptual Circuit of LVDS

ANSI/TIA/EIA-644에서 명시되어 있는 LVDS circuit 표준은 다음과 같다.

 

1)     종단 저항 90~132 ohm(Typically 100 ohm)

2)     Common mode Voltage 1.2 V

3)     LVDS current-mode drivers는 247~454 mV(typically 350 mV) differential voltage를 생성

4)     3.5 mA 전류(V=IR 이라는 공식을 알면 쉽게 도출 가능)

5)     Ground Noise +- 1V

6)     Receiver Sensitivity level +- 0.1 V

 

임피던스 매칭에 따른 종단 저항의 값은 90~132 ohm으로 달라질 수 있으나 typical하게 100 ohm으로 본다.

 

LVDS Differential Signal

중요한 점은 LVDS current-mode drivers를 따라 들어오는 신호가 differential signal, 즉 차등 신호라는 것이다. 이름이 LVDS인 이유다. 위 그림과 같이 LVDS driver 에서는 Common mode voltage 1.2 V를 기준으로 들어오는 신호(위 그림에 빨간 색 신호)와 반대되는 위상을 가진 신호(위 그림에 파란 색 신호)를 하나 더 생성한다. 그런 다음 두개의 신호를 뺀 차등 신호(위 그림에 보라색 신호)를 수신한다.

굳이 이런 번거로운 작업을 거치는 이유는 noise 성분 제거에 있다. 같은 회로도를 따라 들어오는 신호는 당연히 거의 같은 값의 노이즈를 가지게 된다. 따라서 두 개의 신호를 차등하는 것으로 노이즈 성분의 제거가 가능한 것이다.

 

Receive signal at LVDS Receiver

참고로 Receiver sensitivity level의 경우 -100 ~ +100 mV 이다. 이 값의 의미는, 해당 문턱 전압 값을 넘어가야 receiver에서 이를 인식할 수 있다는 뜻이다. 반면 ANSI/TIA/EIA-644에서 규정하는 differential voltage는 247~454 mV로, 100 mV에 대해서 여유로운 margin을 두고 있기 때문에 receiver sensitivity로 인한 문제가 발생하지 않게끔 되어 있다.

 

 

반응형

 

 

LVDS는 다음과 같은 장점들이 있다.

 

1)  낮은 전력 소비 : 종단 저항 100 ohm을 타고 흐르는 전류 3.5mA에, 걸리는 전압이 350 mV로 낮기 때문에, 필연적으로 전력 소비 역시 낮다.

2)  낮은 노이즈(노이즈에 강함) : 같은 회로를 통해서 들어오는 두 신호를 차등하므로 노이즈 값이 낮다.

3)  최대 3.125 Gbps 전송 속도 : 보통 2.4 Gbps에 이론상 최대치인 3.125 Gbps까지 고속 통신이 가능하다.

4)  낮은 전압 차이(Low voltage swing) : Low differential voltage signal 245~450 mV의 신호를 수신한다.

5)  넓은 전압 수신 범위(0.2~2.2 V) : common mode voltage 1.2 V를 기준으로 ground noise +-1V를 고려하여 0.2~2.2 V 까지 신호 수신이 가능하다. 참고로 이 값은 지금은 기술의 발전으로 더 범위가 넓어진 상태이다. 일례로 텍사스 인스트루먼트 사의 어느 한 제품은 -2 ~ 3V 언저리까지 신호를 수신할 수 있다.

6)  EMI 감소 : LVDS는 serial 통신(직렬 통신)을 하기 때문에 다수의 connector가 필요하지 않으며, 이는 필연적으로 EMI level의 감소로 이어진다.

 

이렇듯 많은 이점들이 있으나 LVDS의 단점으로는 Skew 현상이 발생할 수 있다는 점이 있다. Skew 현상은 LVDS driver에서 발생하는 두 신호 간에 delay 혹은 distortion이 발생하는 현상인데, 이는 기술상 필연적인 현상이다. 이를 보완하기 위해 사용하는 것이 SerDes이며, 이는 SerDes의 장점 중에 하나이다. 현재는 LVDS에 SerDes를 함께 사용하는 것이 일반적이며 편하게 LVDS SerDes 라고 부르기도 할 만큼 보편적인 기술이 되어 있다.

 

따라서 다음 시간에는 SerDes에 대해서 설명하도록 하겠다.