アナログ回路

アナログ・デバイセズ株式会社　石井　聡

2011.09.29

以下に高速ミックスド・シグナル・システム、特にコンバータICのデジタル・インターフェースにLVDSが適している理由、「低ノイズで伝送できる」特徴を示します。

①LVDSは振幅レベルが小さい
図14-3のようにLVDSの規定差動電圧レベルは±350mVです。2本の差動信号パターン間のレベル差としても700mVという非常に小さいものです。
たとえば5V CMOSでの信号伝送と比較すると（ここでは差動信号の片側だけで考えます）、これだけでも放射電力で1/14（-23dB）のノイズ・レベルの低減が可能です。

図14-3 LVDSの信号の振幅のようす

②差動信号同士が相互にキャンセルし外部に電磁界を放射しない
LVDSは図14-4のように差動伝送なので、プラス側とマイナス側の信号パターンから発生する電界と磁界は相互にキャンセルしあいます。そのため外部に電磁界を放射しないことになり非常に好都合です。これは上記①でレベル自体が-23dBと低いものが、さらに低減可能ということです。

図14-4 LVDSは差動伝送なので2本の信号パターンの電界と磁界が相互にキャンセルしあう（緑～青の部分は電磁界が少ない）

③電流駆動であること
LVDSの駆動側の回路は図14-5のように電流駆動方式です。この方式は電圧駆動方式と比較して、同じICプロセス（回路条件）でも、高速な電流スイッチが可能です。
　そのため高速な信号伝送を実現できること、逆に一定電流量での駆動であることから、ここまで説明したTTLやCMOS ICのようなスパイク状・パルス状の電源電流が流れることがありません。さらに低ノイズが実現できることになります。

図14-5 LVDSは電流駆動方式なのでスパイク状・パルス状の電源電流が流れることがない

④きちんと終端されていること
駆動側ICから出力された信号は負荷側ICに向かって「波」として伝わります。それが負荷側ICで反射して、駆動側ICに戻ってきます。
LVDSではパターンの差動特性インピーダンスを100Ωとし、負荷端でもその100Ωで終端します。このため信号の反射の問題を無くすことができます。

図14-6 LVDSは負荷側できちんと終端されているので信号が反射してこない

※LVDS伝送に関するアナログ・デバイセズのアプリケーション・ノート AN-586

ノイズ特性が重要な高速ミックスド・シグナル・システムでは、プリント基板上のアナログ回路とデジタル回路間を接続するには、LVDSのほうがノイズ性能面で優れています。プリント基板上のシステム全体をLVDSで伝送させる必要はありません（LVDSでは実現コストも高くなる）。ノイズを低くしたい部分だけに使用すればいいのです。
まとめになりますが、高速ミックスド・シグナル・システムでのデジタル回路では、以下がポイントと言えるでしょう。

図14-8 高速ミックスド・シグナル・システムでのデジタル回路の重要なポイント

3回に分けて、ミックスド・シグナル・システムのデジタル回路部分の問題について見てきました。デジタル回路自体でも考慮すべきことが多いこと、そしてアナログ回路に対する影響（とくにノイズの影響）をよく考えておくべきことが、お判りいただけたのではないでしょうか。いよいよ次回で最終回になります。