Camera Sensor接口协议全解析（四）LVDS与SubLVDS接口及协议深度解析

Camera Sensor LVDS与SubLVDS接口及协议深度解析

一、物理层核心技术

1. LVDS（低压差分信号）

电气特性 ：

• 差分电压 ：350mV恒定摆幅（最小247mV，最大454mV）
• 共模电压 ：1.2V ±0.1V
• 终端匹配 ：100Ω电阻（精度±1%）
• 电流驱动 ：3.5mA恒流源
• 传输模型 ：
  math

  V_{diff} = (V_{D+}) - (V_{D-}) = 350mV_{pp}

拓扑结构 ：

• 点对点直连（1:1）
• 最大传输距离：10米（CAT6A电缆）
• 支持通道数：4-28对差分线

2. SubLVDS（亚低压差分信号）

进化亮点 ：

• 电压摆幅降低43%：350mV → 200mV
• 功耗降低40%：0.4mW/通道（计算公式：P = V²/R）
• 共模电压兼容现代低功耗芯片

二、协议层架构解析

1. 数据帧结构

典型时序参数 （以720p@60fps为例）：

2. 同步机制

同步模式对比 ：

三、工业应用场景分析

1. 机器视觉系统（Basler ace方案）

关键参数 ：

• 分辨率：2448×2048
• 帧率：30fps
• 位深：12-bit
• 带宽计算：2448×2048×12×30 ≈ 1.8Gbps
• 接口：8对LVDS通道

2. 汽车环视系统

设计优势 ：

• 4路720P@30fps总功耗<2W
• -40℃~105℃宽温域工作
• 抗电磁干扰能力：30dB CMNR
• 传输距离：15米无中继

四、驱动开发与FPGA实现

1. Linux V4L2驱动框架

c

// LVDS接收器初始化
struct v4l2_subdev *sd;
v4l2_subdev_init(sd, &lvds_ops);

// 设置格式
struct v4l2_mbus_framefmt fmt = {
    .width = 1280,
    .height = 720,
    .code = MEDIA_BUS_FMT_SGRBG12_1X12,
};
v4l2_subdev_call(sd, pad, set_fmt, NULL, &fmt);

// 启动流传输
struct v4l2_subdev_video_ops *video = sd->ops->video;
video->s_stream(sd, 1);

2. FPGA采集逻辑(Verilog)

verilog

module lvds_receiver(
    input [3:0] lvds_p,  // LVDS+ 
    input [3:0] lvds_n,   // LVDS-
    input clk_ref,        // 200MHz参考时钟
    output [11:0] pixel   // 12-bit像素输出
);

genvar i;
generate
for (i=0; i<4; i=i+1) begin
    IBUFDS #(.DIFF_TERM("TRUE")) ibuf (
        .I(lvds_p[i]),
        .IB(lvds_n[i]),
        .O(lvds_data[i])
    );
  
    IDDR #(.DDR_CLK_EDGE("SAME_EDGE")) iddr (
        .Q1(data_even[i]),
        .Q2(data_odd[i]),
        .C(clk_ref),
        .CE(1'b1),
        .D(lvds_data[i]),
        .R(1'b0),
        .S(1'b0)
    );
end
endgenerate

assign pixel = {data_even, data_odd}; // 合并双沿数据
endmodule

五、与MIPI CSI-2的对比分析

六、未来发展趋势

1. 技术演进路线

2. 替代技术分析

• SLVS-EC ：索尼专有协议，速率达6Gbps
• A-PHY ：开放标准，支持15米@16Gbps
• HDBaseT ：基于以太网的替代方案

LVDS与SubLVDS作为工业视觉和汽车电子的骨干技术，凭借其卓越的抗干扰能力和传输可靠性，在严苛环境应用中持续发挥不可替代的作用。随着A-PHY等新技术的崛起，掌握多协议兼容设计能力将成为工程师的核心竞争力。