SNx5LVDx3xx系列LVDS高速差分線路接收器詳解

一、引言

在當(dāng)今高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)代，低電壓差分信號(hào)（LVDS）技術(shù)因其低功耗、高速率和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。TI公司的SNx5LVDx3xx系列高速差分線路接收器，就是LVDS技術(shù)的優(yōu)秀代表。本文將詳細(xì)介紹該系列接收器的特點(diǎn)、應(yīng)用、電氣特性等方面的內(nèi)容，希望能為電子工程師們?cè)?a href="http://www.makelele.cn/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)提供一些參考。

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二、產(chǎn)品概述

SNx5LVDx3xx系列包括SN65LVDS386、SN65LVDS388A、SN65LVDS390等多種型號(hào)，有4通道、8通道和16通道的接收器可供選擇，能滿足不同的應(yīng)用需求。這些接收器符合ANSI TIA/EIA - 644標(biāo)準(zhǔn)，支持高達(dá)250 Mbps的信號(hào)速率，采用單3.3 V電源供電，具有低傳播延遲時(shí)間（典型值2.6 ns）和低輸出偏斜（典型值100 ps）等優(yōu)點(diǎn)。其中，LVDT產(chǎn)品還集成了110 - Ω的線路終端電阻，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

三、產(chǎn)品特性

3.1 多通道選擇

該系列產(chǎn)品提供了4通道（如SN65LVDS390）、8通道（如SN65LVDS388A）和16通道（如SN65LVDS386）的接收器，工程師可以根據(jù)實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸需求選擇合適的通道數(shù)量，實(shí)現(xiàn)高效的并行數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 集成終端電阻

LVDT系列產(chǎn)品（如SN65LVDT386）集成了110 - Ω的線路終端電阻，這一特性消除了在LVDS通信通道中使用外部匹配負(fù)載線路終端電阻的需求，不僅降低了成本，還提高了信號(hào)的完整性，減少了反射和信號(hào)失真。

3.3 高速性能

設(shè)計(jì)支持高達(dá)250 Mbps的信號(hào)速率，能夠滿足大多數(shù)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，典型的傳播延遲時(shí)間僅為2.6 ns，輸出偏斜典型值為100 ps，部分與部分之間的偏斜小于1 ns，確保了時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的精確時(shí)序?qū)R，適用于同步并行數(shù)據(jù)傳輸。

3.4 高ESD保護(hù)

SN65版本的產(chǎn)品總線終端ESD超過(guò)15 kV，能夠有效抵抗靜電放電的影響，提高了產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性。

3.5 寬輸入共模范圍

接收器在輸入共模范圍為 ( frac{1}{2} × V{ID} ) 到 ( 2.4 - frac{1}{2} × V{ID} ) V內(nèi)工作，只要輸入信號(hào)在該范圍內(nèi)且差分幅度大于或等于100 mV，接收器就能正確輸出LVDS總線狀態(tài)，即使在存在1 V的地電位差的情況下，也能正常工作。

3.6 開(kāi)路故障保護(hù)

當(dāng)接收器輸入開(kāi)路時(shí)，LVDS接收器通過(guò)300 - kΩ電阻將信號(hào)對(duì)的每條線拉至接近 ( V_{CC} )，并使用一個(gè)輸入電壓閾值約為2.3 V的與門(mén)來(lái)檢測(cè)這種情況，強(qiáng)制輸出為高電平，確保了在異常情況下輸出的有效性。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

4.1 無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施

在無(wú)線通信系統(tǒng)中，需要高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)基站與終端設(shè)備之間的通信。SNx5LVDx3xx系列接收器的高速性能和低功耗特點(diǎn)，使其能夠滿足無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施中數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，提高系統(tǒng)的整體性能。

4.2 電信基礎(chǔ)設(shè)施

電信網(wǎng)絡(luò)中涉及大量的數(shù)據(jù)交換和處理，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎头€(wěn)定性有很高的要求。該系列接收器可以用于電信設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，如交換機(jī)、路由器等，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

4.3 打印機(jī)

打印機(jī)在打印過(guò)程中需要高速傳輸圖像和文本數(shù)據(jù)，SNx5LVDx3xx系列接收器可以實(shí)現(xiàn)打印機(jī)內(nèi)部各模塊之間的數(shù)據(jù)快速傳輸，提高打印速度和質(zhì)量。

五、電氣特性

5.1 絕對(duì)最大額定值

• 電源電壓范圍： - 0.5 V至4 V
• 輸入電壓范圍：使能或輸出引腳為 - 0.5 V至6 V，A或B引腳為 - 0.5 V至4 V
• 輸出電流： - 12 mA至12 mA
• 差分輸入電壓幅度（SN65LVDT'或SN75LVDT' ）：最大1 V
• 存儲(chǔ)溫度： - 65°C至150°C

5.2 ESD額定值

• SN65' （A、B和GND）：靜電放電等級(jí)為3類(lèi)，A類(lèi)為15000 V，B類(lèi)為400 V
• SN75' （A、B和GND）：靜電放電等級(jí)為2類(lèi)，A類(lèi)為4000 V，B類(lèi)為400 V

5.3 推薦工作條件

• 電源電壓：3 V至3.6 V（標(biāo)稱(chēng)3.3 V）
• 高電平輸入電壓：≥ 2 V
• 低電平輸入電壓：≤ 0.8 V
• 輸出電流： - 8 mA至8 mA
• 差分輸入電壓幅度：0.1 V至0.6 V
• 共模輸入電壓： ( frac{V{ID}}{2} ) 至 ( 2.4 - frac{left|V{ID}right|}{2} ) V
• 工作溫度：SN75為0°C至70°C，SN65為 - 40°C至85°C

5.4 電氣參數(shù)

• 正向差分輸入電壓閾值：最大100 mV
• 負(fù)向差分輸入電壓閾值：最小 - 100 mV
• 高電平輸出電壓：典型值3 V（ ( I_{OH} = - 8 mA ) ）
• 低電平輸出電壓：典型值0.4 V（ ( I_{OL} = 8 mA ) ）
• 電源電流：不同型號(hào)和工作狀態(tài)下有所不同，如'LVDx386在使能且無(wú)負(fù)載時(shí)典型值為50 mA

六、應(yīng)用設(shè)計(jì)

6.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信是LVDS緩沖器最基本的應(yīng)用。在這種應(yīng)用中，一個(gè)發(fā)送器（驅(qū)動(dòng)器）和一個(gè)接收器通過(guò)100 - Ω特性阻抗的平衡互連介質(zhì)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸。設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

• 驅(qū)動(dòng)器電源電壓：如SN65LVDS387等LVDS驅(qū)動(dòng)器可在3 V至3.6 V的單電源下工作，3.3 V電源時(shí)差分輸出電壓標(biāo)稱(chēng)值為340 mV，最小輸出電壓在LVDS規(guī)定范圍內(nèi)。
• 驅(qū)動(dòng)器旁路電容：旁路電容在電源分配電路中起著關(guān)鍵作用。在高速環(huán)境中，應(yīng)使用多層陶瓷芯片或表面貼裝電容（如0603或0805尺寸），其引線電感約為1 nH，能有效降低高頻電流的阻抗。
• 互連介質(zhì)：互連介質(zhì)可以是雙絞線、扁平帶狀電纜或PCB走線等，其標(biāo)稱(chēng)特性阻抗應(yīng)在100 Ω至120 Ω之間，變化不超過(guò)10%。
• 終端電阻：終端電阻應(yīng)與傳輸線的特性阻抗匹配，通常應(yīng)在標(biāo)稱(chēng)介質(zhì)特性阻抗的10%以內(nèi)。對(duì)于100 - Ω阻抗的傳輸線，終端電阻應(yīng)在90 Ω至110 Ω之間，并盡量靠近接收器放置。

6.2 多點(diǎn)通信

多點(diǎn)通信中，一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和多個(gè)接收器共享一條總線。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，需要特別注意以下問(wèn)題：

• 互連介質(zhì)：與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信不同，多點(diǎn)系統(tǒng)的總線架構(gòu)需要更仔細(xì)的設(shè)計(jì)。發(fā)射器通常位于總線的一端，需要在遠(yuǎn)端設(shè)置一個(gè)總線終端電阻來(lái)吸收入射波。同時(shí)，每個(gè)分支節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生短截線，應(yīng)盡量減小短截線的長(zhǎng)度，以避免局部改變總線的負(fù)載阻抗。
• 負(fù)載分布：負(fù)載的分布會(huì)影響總線的特性阻抗，當(dāng)負(fù)載數(shù)量不恒定或分布不均勻時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致阻抗失配，產(chǎn)生信號(hào)反射。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要合理考慮負(fù)載的分布，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整總線終端電阻的值。

七、布局建議

7.1 微帶線與帶狀線拓?fù)?/h3>

印刷電路板通常提供微帶線和帶狀線兩種傳輸線選項(xiàng)。微帶線是PCB外層的走線，而帶狀線是位于兩個(gè)接地平面之間的走線。雖然帶狀線能有效屏蔽電磁干擾，但會(huì)增加額外的電容。因此，在可能的情況下，建議將LVDS信號(hào)路由在微帶線傳輸線上。

7.2 介質(zhì)類(lèi)型和電路板構(gòu)造

對(duì)于LVDS信號(hào)，F(xiàn)R - 4或等效材料通常能提供足夠的性能。如果TTL/CMOS信號(hào)的上升和下降時(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。在電路板構(gòu)造方面，還需要注意銅重量、銅鍍層厚度、焊料掩膜等參數(shù)。

7.3 推薦堆疊布局

為了減少TTL/CMOS與LVDS之間的串?dāng)_，建議至少使用兩個(gè)單獨(dú)的信號(hào)層。例如，四層PCB板可以將LVDS信號(hào)和TTL/CMOS信號(hào)分別布置在不同的路由層，并通過(guò)接地平面和電源平面進(jìn)行隔離。六層PCB板的布局能更好地隔離信號(hào)層和電源平面，提高信號(hào)完整性，但制造成本相對(duì)較高。

7.4 走線間距

為了減少串?dāng)_，單端走線和差分對(duì)之間的間距應(yīng)至少為單個(gè)走線寬度的兩到三倍。對(duì)于相鄰的LVDS差分對(duì)，也應(yīng)遵循3 - W規(guī)則，即相鄰走線之間的距離應(yīng)大于兩倍的走線寬度。同時(shí)，應(yīng)避免使用自動(dòng)布線器，因?yàn)樗赡軣o(wú)法充分考慮影響串?dāng)_和信號(hào)反射的所有因素。

八、總結(jié)

SNx5LVDx3xx系列高速差分線路接收器以其豐富的特性、高速的性能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，為電子工程師在高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域提供了優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，工程師需要根據(jù)具體的需求選擇合適的型號(hào)，并注意電氣特性、應(yīng)用設(shè)計(jì)和布局等方面的要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。你在使用這些接收器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。