引言
消费电子和通信产业正见证着i/o解决方案从并行到高速串行的转变：能够降低成本、简化设计，并具备可延展性，满足全新带宽的要求。这类接口i/o技术的市场潜力巨大，包括移动电话、dvd-rw和高清晰度lcd电视机，而低功耗、低电磁干扰 (emi) 和高数据吞吐量在这些应用中极为重要。因此，业界一直致力于设计和开发这些串行i/o，以低功耗提供高速的数据速率，并且能改善emi性能。近年发表的许多文章都说明在串行接口中采用差分信号技术取代单端技术的优点，然而，关于在信号传输层面上推动这个转变的隐藏力量却鲜有谈及。

本文将讨论便携和消费电子产品中串行接口所需达到的关键技术规格，然后分析最常用的差分信令技术结构，并深入讨论功耗、数据吞吐量和emi之间的折衷平衡，之后介绍"真正电流接口"的概念及名为电流转换逻辑 (current transfer logic；ctl) 的全新信令技术，最后会在原型设计中将ctl与其它竞争技术进行比较，如ttl和低压差分信令技术 (lvds)。

关键技术规格

数据吞吐量

目前高端手机 lcd 显示器的分辨率已超过 svga (800vx600)，在应用处理器和lcd 模块之间的 rgb 数据吞吐量甚至超越 750mbps，连同 xga 模式下的显示刷新频率为 60hz。现有 ttl 技术在基带控制器和 lcd 模块之间的电压摆幅大(0 至 vcc)，因而限制了逻辑电平过渡之间的信号数据吞吐量，特别是信号边缘变化率受限于 fcc 对 emi 的需求。这意味着采用 ttl 技术可能需要重新设计基带控制部分，从而造成产品上市时间的大幅推迟。所以，这些问题需要新的信令方案来解决。对于象素高于 300 万的新一代拍照手机来说，拍照时读入基带处理器的rgb 数据吞吐量到达了现有 ttl 技术的瓶颈。消费电子设计也面对相同的挑战，例如高速 dvd-rw (>16x)，在读/写控制器和激光二极管驱动电路 (ldd) 之间需要传输大量的数据。

功率

对于大多数电池供电设备如手机、pda 和数字相机来说，另一个需要的考虑重要因素是功耗。举例来说，市场上大多数手机电池的功率极限为 750mah。对于手机用户而言，这意味着电流消耗越少，电池寿命越长。基带设计所采用的接口技术必需具备极低功耗，同时又能满足数据吞吐量要求。设备的动态功耗是负载电容、信号摆幅、电源和数据传输速率的函数，可以如下程式表示：

p=f(c_{l},v_{s},v_{dd},f_{s}) (1)

通过降低信号摆幅，市场上现有的 lvds、tmds 和 cml 都能达到极高的数据吞吐量，但这些接口的功耗可能会超出便携式设备的可容范围。式 (1) 的电容负载也是限制这些技术数据吞吐量的主要因素。稍后将遂一讨论这些技术在功耗、数据吞吐量和 emi 之间的折衷平衡。

噪声容限及驱动能力

在大部分便携和消费电子产品设计中，一般采用的连接媒介为低带宽柔性电缆甚或超低带宽带状电缆。低带宽媒介最终会使信号边缘劣化，在长电缆中还会造成信号衰减和产生反射。例如，在 dvd-rw 和 dvd 多碟机中，dvd-rw 处理器与 ldd之间的距离可能超过 400mm。驱动器输出逻辑与相应接收器输入逻辑阈值之间的差别 (即噪声容限) 非常重要，在减少误码率的同时保持一定的电缆长度驱动能力。对于采用柔性电缆等低带宽媒介的设计来说，较长电缆的驱动能力是必须的，可让设计人员在信号数据路由方面享有更高灵活性。

emi 和磁化率

传统ttl技术的信号幅度大，而且边缘变化率高，容易引致信号反射和emi问题。降低ttl信号的边缘变化率能减少信号反射和emi，但也会限制数据吞吐量，这在采用低带宽柔性电缆传送信号的便携式和消费电子应用中尤其明显。为了获得更高的数据吞吐量，传统ttl逻辑的边缘变化率必须加快，从而导致更高的电流转换速率(dv/dt)以及相应更高的emi辐射。此外，逻辑电平转换产生的反射不仅会提高误码率，还可能带来额外的电磁辐射。而且对于手机设计等应用，在基带处理器和lcd模块或相机成像处理器之间的柔性电缆周围的rf噪声和其它emi噪声也非常重要。因此，传统ttl信号技术正面对抗噪声性能挑战，并需要实现超低的误码率。

根据上述情况，低功耗、高吞吐量和超低emi信号技术对于便携和消费电子应用的设计至关重要。因此出现了诸如tmds 和 lvds等差分信号技术，能够提高吞吐量、抗噪声或emi性能。但这些技术仍需较高的功耗，这对于以电池驱动的设备如手机而言并不理想。

现有解决方案

便携和消费电子设计现有两种主流接口技术，即tmds和lvds。本节将就上述关键规格深入研究这两种接口技术，找出当中的折衷平衡。tmds信号技术主要获hdmi和dvi标准采纳，作为hdtv数字音频/视频链路或pc显示器rgb数据链路，速率高达1.65gbps。lvds也广泛用于平板显示器设计中，在lcd控制器和lcd模块 (lcm) 之间传送rgb 数据。两种技术均非常相似，差别只在于采用汇流或源流方式。

tmds

如图1所示，基于tmds的驱动电路通常具有漏极或集电极开路输出，其远端端接到vcc (3.3v)，以实现传输线路阻抗匹配。输