SN65LVDxx高速差分線驅(qū)動(dòng)器和接收器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高速差分信號(hào)傳輸技術(shù)至關(guān)重要，它能有效提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群涂垢蓴_能力。TI的SN65LVDxx系列（包括SN65LVDS1、SN65LVDS2和SN65LVDT2）高速差分線驅(qū)動(dòng)器和接收器，就是這類技術(shù)的典型代表。今天，我們就來深入了解一下這個(gè)系列產(chǎn)品。

文件下載：SN65LVDS1DBVT.pdf

產(chǎn)品概述

SN65LVDxx系列是單通道、低電壓的差分線驅(qū)動(dòng)器和接收器，采用小外形晶體管封裝（SOT - 23和SOIC）。它們滿足或超過ANSI TIA/EIA - 644標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)速率最高可達(dá)630 Mbps，接收器最高可達(dá)400 Mbps，工作電源電壓范圍為2.4 V至3.6 V，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

產(chǎn)品特性

高速信號(hào)傳輸

該系列產(chǎn)品能在高速率下穩(wěn)定工作，驅(qū)動(dòng)器和接收器分別能達(dá)到630 Mbps和400 Mbps的信號(hào)速率，可滿足大多數(shù)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

低電壓工作

工作電源電壓范圍為2.4 V至3.6 V，低電壓特性使得產(chǎn)品功耗較低，適合電池供電的應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，低電壓差分信號(hào)（LVDS）輸出的典型電壓為350 mV（接入100 Ω負(fù)載時(shí)），能有效降低電磁輻射。

高ESD耐受性

總線端子的靜電放電（ESD）超過9 kV，能有效保護(hù)芯片免受靜電損壞，提高產(chǎn)品的可靠性。

快速響應(yīng)

驅(qū)動(dòng)器的典型傳播延遲時(shí)間為1.7 ns，接收器為2.5 ns，可實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)傳輸和響應(yīng)。

故障保護(hù)

接收器具有開路故障保護(hù)功能，當(dāng)輸入信號(hào)開路時(shí)，能通過300 kΩ電阻將信號(hào)線路拉至Vcc，并通過與門檢測(cè)該情況，強(qiáng)制輸出高電平，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

寬輸入電壓范圍

SN65LVDS1的輸入能承受高達(dá)5 V的信號(hào)，可與3.3 V和5 V的TTL邏輯兼容，增加了產(chǎn)品的通用性。

產(chǎn)品應(yīng)用

無線和電信基礎(chǔ)設(shè)施

在無線基站和電信設(shè)備中，需要高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，SN65LVDxx系列的高速信號(hào)傳輸能力和低功耗特性，能滿足這些設(shè)備的要求。

打印機(jī)

打印機(jī)內(nèi)部的控制和數(shù)據(jù)傳輸需要高速、穩(wěn)定的信號(hào)，該系列產(chǎn)品可用于打印機(jī)的主板與打印頭之間的數(shù)據(jù)傳輸。

其他應(yīng)用

還可用于桌面計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)芯片間、板間的數(shù)據(jù)高速傳輸。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電源設(shè)計(jì)

• 供電范圍：驅(qū)動(dòng)器和接收器的工作電源電壓范圍為2.4 V至3.6 V，設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的電源電壓。當(dāng)電源電壓低于1.5 V時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出和接收器的輸入輸出會(huì)進(jìn)入高阻態(tài)。
• 旁路電容：旁路電容在電源分配電路中起著關(guān)鍵作用。在板級(jí)使用大電容（10 μF至1000 μF）可處理低頻信號(hào)，而在芯片附近應(yīng)使用小電容（nF至μF范圍），如多層陶瓷芯片或表面貼裝電容（0603或0805尺寸），以減少高頻信號(hào)的阻抗。旁路電容的取值可根據(jù)公式 $C{chip}=left(frac{Delta I{Maximum SPoange Supply Current }}{Delta V{Maximum Power Supply Noise }}right) × T{Rise Time }$ 計(jì)算。

信號(hào)傳輸設(shè)計(jì)

• 互連介質(zhì)：驅(qū)動(dòng)器和接收器之間的物理通信通道可選用符合LVDS標(biāo)準(zhǔn)的平衡配對(duì)金屬導(dǎo)體，如雙絞線、雙軸線、扁平帶狀電纜或PCB走線?；ミB介質(zhì)的標(biāo)稱特性阻抗應(yīng)為100 Ω至120 Ω，偏差不超過10%。
• PCB傳輸線：在PCB設(shè)計(jì)中，常用的傳輸線結(jié)構(gòu)有微帶線和帶狀線。微帶線是頂層或底層的信號(hào)走線，通過介質(zhì)層與接地或電源平面隔開；帶狀線是內(nèi)層的信號(hào)走線，上下都有接地平面。設(shè)計(jì)時(shí)需注意保持走線寬度和間距均勻，以維持恒定的差分阻抗。
• 終端電阻：為確保信號(hào)在最高速率下正常傳輸，終端電阻應(yīng)與傳輸線的特性阻抗匹配，一般為90 Ω至110 Ω。終端電阻應(yīng)盡量靠近接收器放置，以減少信號(hào)反射。SN65LVDT2集成了終端電阻，使用起來更加方便。

布局設(shè)計(jì)

• 拓?fù)溥x擇：對(duì)于LVDS信號(hào)，優(yōu)先選擇微帶線拓?fù)?，因?yàn)樗茏屧O(shè)計(jì)者根據(jù)整體噪聲預(yù)算和反射允許范圍指定必要的阻抗公差。
• 介質(zhì)和板層結(jié)構(gòu)：一般情況下，F(xiàn)R - 4或等效材料可滿足LVDS信號(hào)的要求。若TTL/CMOS信號(hào)的上升或下降時(shí)間小于500 ps，則建議使用介電常數(shù)接近3.4的材料，如Rogers?4350或Nelco N4000 - 13。為減少TTL/CMOS與LVDS之間的串?dāng)_，可采用至少兩層獨(dú)立信號(hào)層的堆疊布局。
• 走線間距：差分對(duì)的走線應(yīng)緊密耦合，以實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)抵消，降低噪聲耦合。相鄰單端走線或LVDS差分對(duì)之間應(yīng)遵循3 - W規(guī)則，即間距大于單根走線寬度的兩倍，或從走線中心到中心測(cè)量為寬度的三倍。
• 串?dāng)_和接地反彈最小化：為減少串?dāng)_，應(yīng)提供盡可能靠近原始走線的高頻電流返回路徑，通常使用接地平面來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，應(yīng)盡量縮短走線長(zhǎng)度，避免接地平面出現(xiàn)不連續(xù)情況。
• 去耦設(shè)計(jì)：高速設(shè)備的每個(gè)電源或接地引腳應(yīng)通過低電感路徑連接到PCB。旁路電容應(yīng)靠近VDD引腳放置，可選用小尺寸的X7R表面貼裝電容，并通過過孔連接到電源和接地平面。對(duì)于有背面接地連接的設(shè)備，應(yīng)通過過孔陣列連接到接地平面，以降低接地電感，提高散熱性能。

總結(jié)

SN65LVDxx系列高速差分線驅(qū)動(dòng)器和接收器以其高速、低功耗、高ESD耐受性等特性，在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要充分考慮電源、信號(hào)傳輸和布局等方面的要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望本文能為電子工程師們?cè)谑褂肧N65LVDxx系列產(chǎn)品時(shí)提供一些有用的參考。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。