探索SCAN90004：四通道LVDS緩沖器/中繼器的卓越性能與應(yīng)用

在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域中，LVDS（低壓差分信號(hào)）技術(shù)憑借其低功耗、高抗干擾性和高速率的特點(diǎn)，成為了眾多電子工程師的首選。而今天，我們要深入探討的就是德州儀器（TI）推出的一款四通道LVDS緩沖器/中繼器——SCAN90004，它在提升信號(hào)質(zhì)量和傳輸距離方面有著出色的表現(xiàn)。

文件下載：scan90004.pdf

關(guān)鍵特性與優(yōu)勢(shì)

高速數(shù)據(jù)傳輸

SCAN90004的每個(gè)通道最大數(shù)據(jù)速率可達(dá)1.5Gbps，能夠滿足大多數(shù)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。同時(shí)，其可配置的預(yù)加重功能，可以有效克服有損背板和電纜帶來的ISI（碼間干擾）抖動(dòng)影響，確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。

低輸出偏斜和抖動(dòng)

在高速數(shù)據(jù)傳輸中，輸出偏斜和抖動(dòng)是影響信號(hào)質(zhì)量的重要因素。SCAN90004通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了低輸出偏斜和抖動(dòng)，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

多種輸入兼容性

該芯片支持LVDS、CML（電流模式邏輯）和LVPECL（低壓正發(fā)射極耦合邏輯）等多種輸入信號(hào)類型，具有很強(qiáng)的通用性。

集成終端電阻

芯片內(nèi)部集成了100Ω的輸入和輸出終端電阻，不僅提高了信號(hào)性能，還減少了外部元件數(shù)量，節(jié)省了電路板空間。

高ESD保護(hù)

LVDS輸出端具備12kV的ESD（靜電放電）保護(hù)能力，增強(qiáng)了芯片的可靠性和穩(wěn)定性。

測(cè)試功能豐富

支持IEEE 1149.1（JTAG）接口和IEEE 1149.6有限能力，還具備故障插入功能，方便工程師進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試。

低功耗設(shè)計(jì)

采用單3.3V電源供電，功耗極低，適合工業(yè)應(yīng)用中的低功耗需求。

寬溫度范圍

工作溫度范圍為-40°C至+85°C，能夠適應(yīng)各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。

小封裝尺寸

采用小尺寸的TQFP封裝，節(jié)省了電路板空間，便于布局。

引腳說明

電氣特性

靜態(tài)特性

在LVTTL直流規(guī)格方面，芯片的高電平輸入電壓范圍為2.0V至VDD，低電平輸入電壓范圍為GND至0.8V。輸入和輸出電流在不同條件下都控制在較小范圍內(nèi)，確保了芯片的穩(wěn)定性。同時(shí)，輸入和輸出電容也較小，有利于提高信號(hào)的響應(yīng)速度。

開關(guān)特性

LVDS輸出的開關(guān)特性表現(xiàn)出色，包括差分低到高和高到低的轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳播延遲、脈沖偏斜、通道間偏斜等參數(shù)都在合理范圍內(nèi)。例如，差分低到高和高到低的傳播延遲在2.0ns至3.2ns之間，脈沖偏斜最大為80ps，通道間偏斜最大為125ps。此外，芯片的抖動(dòng)性能也非常優(yōu)秀，隨機(jī)抖動(dòng)在1.1psrms至1.5psrms之間，確定性抖動(dòng)在不同模式下也有較好的表現(xiàn)。

功能描述

內(nèi)部終端

SCAN90004在輸入和輸出端都集成了100Ω的終端電阻，能夠有效減少近端串?dāng)_（NEXT）的影響，提高信號(hào)完整性。同時(shí)，這種集成設(shè)計(jì)也減少了外部元件數(shù)量，節(jié)省了電路板空間。

輸出特性

該芯片的輸出特性針對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)背板和電纜應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，不適合多點(diǎn)或多分支信號(hào)傳輸。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求選擇合適的傳輸方式。

掉電模式

通過PWDN輸入引腳可以激活硬件掉電模式。在掉電模式下，所有輸入和輸出緩沖器以及內(nèi)部偏置電路都將關(guān)閉，輸出處于三態(tài)。需要注意的是，在退出掉電模式時(shí)，可能會(huì)有一定的延遲，這與帶隙參考和輸入/輸出緩沖電路的開啟有關(guān)。

預(yù)加重功能

輸入故障安全偏置

如果下游接收器在源處于三態(tài)、斷電或移除時(shí)仍處于開啟和啟用狀態(tài)，建議考慮對(duì)LVDS鏈路進(jìn)行故障安全偏置?？梢酝ㄟ^在輸出端連接一個(gè)1kΩ到地的下拉電阻，或者使用外部故障安全網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。

測(cè)試功能

IEEE 1149.1（JTAG）支持

SCAN90004支持完全符合IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)的接口，通過測(cè)試訪問端口（TAP）可以對(duì)每個(gè)LVTTL I/O上的邊界掃描單元進(jìn)行測(cè)試，方便進(jìn)行互連測(cè)試。

IEEE 1149.6支持

對(duì)于高速差分（包括交流耦合）網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試，傳統(tǒng)的IEEE 1149.1技術(shù)可能無法滿足需求。SCAN90004集成了相關(guān)電路，支持對(duì)所有差分輸入和輸出進(jìn)行交流耦合測(cè)試，但測(cè)試能力有限。具體的支持程度需要在目標(biāo)應(yīng)用中使用適當(dāng)?shù)腏TAG軟件進(jìn)行測(cè)試來確定。

故障插入

故障插入是一種用于輔助診斷軟件驗(yàn)證和調(diào)試的技術(shù)。在SCAN90004中，可以通過IEEE 1149.1的“固定”指令在任何引腳或引腳組合上創(chuàng)建固定狀態(tài)（高或低），幫助驗(yàn)證監(jiān)測(cè)軟件是否能夠檢測(cè)和診斷這些故障。

應(yīng)用信息

輸入接口

SCAN90004可以接受差分信號(hào)，并支持簡單的交流或直流耦合。由于其具有較寬的共模范圍，因此可以與所有常見的差分驅(qū)動(dòng)器（如LVPECL、LVDS、CML）進(jìn)行直流耦合。以下是典型的直流耦合接口示例：

輸出接口

SCAN90004的輸出信號(hào)符合LVDS標(biāo)準(zhǔn)，可以與大多數(shù)常見的差分接收器進(jìn)行直流耦合。在實(shí)際應(yīng)用中，建議在實(shí)施接口之前檢查接收器的數(shù)據(jù)手冊(cè)，確保其共模輸入范圍能夠適應(yīng)LVDS信號(hào)。以下是典型的直流耦合接口示例：

典型性能特性

通過一些典型的性能測(cè)試圖表，我們可以更直觀地了解SCAN90004的性能表現(xiàn)。例如，在運(yùn)行時(shí)鐘或PRBS 23 - 1模式時(shí)，動(dòng)態(tài)電源電流的測(cè)量結(jié)果可以反映芯片的功耗情況；在不同條件下測(cè)量的總抖動(dòng)結(jié)果可以展示芯片的抖動(dòng)性能。

封裝信息

SCAN90004采用TQFP（PFB）封裝，引腳數(shù)為48。有兩種可訂購的部件編號(hào)：SCAN90004TVS/NOPB和SCAN90004TVS/NOPB.A，它們的主要參數(shù)基本相同，包括工作溫度范圍為-40°C至+85°C，MSL等級(jí)為3級(jí)，峰值回流溫度為260°C等。

總結(jié)

SCAN90004作為一款高性能的四通道LVDS緩沖器/中繼器，具有高速數(shù)據(jù)傳輸、低功耗、低抖動(dòng)、豐富的測(cè)試功能等眾多優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)控制、通信、醫(yī)療等領(lǐng)域的高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中，它能夠提供穩(wěn)定可靠的信號(hào)傳輸解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，可以充分利用其特性，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體需求進(jìn)行合理的配置和調(diào)試，以達(dá)到最佳的效果。你在使用類似芯片時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。