LVDS

La signalisation différentielle à basse tension (LVDS) est une méthode de transmission de données numériques sur des fils de cuivre utilisant de très faibles tensions et des polarités de signal opposées. Au lieu d'envoyer un seul fil à 5V ou 3,3V pour représenter un bit 1, le LVDS envoie le même signal sur deux fils simultanément, l'un positif et l'autre négatif inversé. Le récepteur mesure la différence de tension entre eux, typiquement autour de 350 millivolts à pleine amplitude. Cette architecture réduit considérablement la consommation d'énergie et permet aux données de voyager beaucoup plus loin sans dégradation que la signalisation asymétrique conventionnelle, c'est pourquoi elle est présente partout dans les interfaces vidéo, les capteurs industriels et les liaisons série à haute vitesse.

Cette technique est apparue dans les années 1990, alors que les interfaces d'affichage devenaient plus rapides et les longueurs de câble plus importantes. Le LVDS standard fonctionne à 3,125 gigabits par seconde par voie ; des variantes comme le Mini-LVDS et le Reduced Swing LVDS réduisent encore la tension ou le courant pour les applications à faible consommation. Quatre paires LVDS transportent généralement un flux vidéo parallèle, tandis que les versions sérialisées comme le FPD-Link compressent les mêmes données dans moins de voies à une vitesse plus élevée. La topologie en paire équilibrée offre également une immunité naturelle aux interférences électromagnétiques, car le bruit se couple également dans les deux fils et l'amplificateur différentiel le rejette.

Le nom reflète le compromis technique qui est au cœur de cette technologie : les tensions restent basses pour économiser l'énergie et réduire la chaleur, tandis que le schéma différentiel préserve l'intégrité du signal. Un signal asymétrique conventionnel à 3,3V parcourant 2 mètres pourrait subir des réflexions et du bruit ; le LVDS à 350 millivolts sur la même distance reste propre car le récepteur ignore les niveaux de tension absolus et ne répond qu'à l'écart entre les fils. Cela signifie également que l'adaptation d'impédance devient critique, typiquement 100 ohms différentiels, et que les paires non terminées ou mal acheminées sonneront et provoqueront des erreurs de bits.

Où le LVDS est utilisé en pratique

Le LVDS domine les connexions d'écrans plats : les ordinateurs portables et les moniteurs utilisent presque toujours le LVDS ou ses successeurs comme l'eDP pour relier l'écran à la carte graphique. Les caméras de vision industrielle, les équipements d'imagerie médicale et les modules de caméras automobiles s'appuient sur le LVDS pour des liaisons robustes sur de longues distances dans des environnements bruyants. Les circuits intégrés personnalisés avec des émetteurs-récepteurs LVDS intégrés gèrent tout, des E/S FPGA aux interfaces de puces point à point. La norme est définie de manière suffisamment souple pour que de nombreuses implémentations existent, et la compatibilité entre les puces des différents fournisseurs doit être vérifiée ; certains émetteurs-récepteurs offrent un contrôle du slew rate pour ajuster le bruit par rapport à la puissance.

La terminaison est souvent la cause des défaillances du LVDS. Chaque récepteur consomme 2 à 3 milliampères et agit comme une charge de 100 ohms ; le chaînage de récepteurs sur un seul câble ne fonctionne que si tous les récepteurs, sauf l'extrémité la plus éloignée, sont non terminés ou si une terminaison active est utilisée. La diaphonie entre les paires LVDS adjacentes devient visible sous forme de gigue ou de corruption de données sur les câbles à haute vitesse, en particulier si les paires ne sont pas de longueur égale ou correctement espacées. La capacité du câble au-dessus d'environ 100 picofarads par mètre commence à arrondir les fronts rapides dont dépend le LVDS, et les très longues distances peuvent nécessiter une égalisation ou des puces répéteuses.