SN65LVDSxxx高速差分線驅(qū)動器和接收器：設(shè)計與應(yīng)用指南

在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域中，低電壓差分信號（LVDS）技術(shù)憑借其高速、低功耗和抗干擾等優(yōu)勢，成為了眾多工程師的首選。德州儀器（TI）的SN65LVDS179、SN65LVDS180、SN65LVDS050和SN65LVDS051系列LVDS線驅(qū)動器和接收器，就是這類技術(shù)中的佼佼者。今天，我們就來深入探討一下這些器件的特性、應(yīng)用以及設(shè)計要點。

文件下載：sn65lvds180.pdf

特性亮點

標準兼容性

這些器件完全符合或超越了ANSI TIA/EIA - 644 - 1995標準的要求，為設(shè)計提供了可靠的電氣接口保障。在全雙工信號傳輸方面，速率最高可達150 Mbps，某些情況下甚至能達到400 Mbps，滿足了大多數(shù)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

電氣性能優(yōu)越

• ESD保護：總線引腳的靜電放電（ESD）能力超過12 kV，有效提高了器件在復(fù)雜電磁環(huán)境下的可靠性。
• 低功耗：在200 MHz的工作頻率下，驅(qū)動器的典型功耗為25 mW，接收器為60 mW，相比傳統(tǒng)的高速信號傳輸方案，大大降低了功耗。
• 低電壓差分信號：典型輸出電壓為350 mV，配合100 - Ω負載，不僅降低了輻射能量，還提高了信號的抗干擾能力。
• 傳播延遲小：驅(qū)動器的典型傳播延遲時間為1.7 ns，接收器為3.7 ns，確保了信號的快速傳輸和處理。

輸入輸出特性

• 5 - V輸入容忍度：LVTTL輸入電平能夠容忍5 V的電壓，這使得該器件可以與3.3 - V和5 - V的TTL邏輯電路兼容，增加了設(shè)計的靈活性。
• 高輸入阻抗：接收器在$V_{CC}<1.5 V$時仍能保持高輸入阻抗，并且具有開路故障安全功能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

應(yīng)用領(lǐng)域

SN65LVDSxxx系列器件的應(yīng)用非常廣泛，主要包括無線基礎(chǔ)設(shè)施、電信基礎(chǔ)設(shè)施以及打印機等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用場景中，高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸是關(guān)鍵，而LVDS技術(shù)正好滿足了這些需求。

詳細設(shè)計要點

電源供應(yīng)

器件采用單一3.3 - V電源供電，可支持的電壓范圍為3.0 V至3.6 V。在實際設(shè)計中，要注意使用旁路電容來改善電源分配電路，減少電源噪聲對器件性能的影響。通常，在板級使用大電容（10至1000 μF）可以在低頻段提供良好的濾波效果，但在高頻段，由于其電感值較大，需要使用更小的電容（nF至μF范圍）并安裝在器件附近。

旁路電容計算

旁路電容的選擇可以根據(jù)以下公式進行計算： $C{chip}=left(frac{Delta I{Maximum SPoange Supply Current }}{Delta V{Maximum Power Supply Noise }}right) × T{Rise Time }$ 例如，對于LVDS芯片，保守估計上升時間$T{Rise Time}$為200 ps，最大電源噪聲$Delta V{Maximum Power Supply Noise}$為0.2 V，最大電源電流變化$Delta I{Maximum SPoange Supply Current}$為1 A，則旁路電容$C{chip}$為0.001 μF。

互連介質(zhì)

驅(qū)動器和接收器之間的物理通信通道可以是任何滿足LVDS標準的平衡配對金屬導(dǎo)體，如雙絞線、雙軸電纜、扁平帶狀電纜或PCB走線。互連的標稱特性阻抗應(yīng)在100 Ω至120 Ω之間，變化不超過10%（90 Ω至132 Ω）。

PCB傳輸線設(shè)計

在PCB設(shè)計中，常用的傳輸線結(jié)構(gòu)有微帶線和帶狀線。微帶線是位于PCB頂層或底層的信號走線，通過介質(zhì)層與接地或電源平面分隔；帶狀線則是位于內(nèi)層的信號走線，上下分別有接地平面。在選擇傳輸線結(jié)構(gòu)時，要綜合考慮信號的高速傳輸需求和電磁兼容性。一般來說，如果條件允許，建議將LVDS信號路由在微帶傳輸線上。

布局指南

• 拓撲選擇：微帶線和帶狀線各有優(yōu)缺點。微帶線便于設(shè)計和調(diào)整阻抗，但容易產(chǎn)生輻射；帶狀線則具有較好的屏蔽性能，但會增加電容。TI建議在可能的情況下，將LVDS信號路由在微帶傳輸線上。
• 介質(zhì)選擇：對于LVDS信號，F(xiàn)R - 4或等效材料通常能提供足夠的性能。如果TTL/CMOS信號的上升或下降時間小于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。
• 堆疊設(shè)計：為了減少TTL/CMOS和LVDS之間的串擾，建議使用至少兩層獨立的信號平面。常見的四層和六層PCB堆疊結(jié)構(gòu)可以有效提高信號的完整性。
• 走線間距：差分對之間應(yīng)保持緊密耦合，以實現(xiàn)100 - Ω的差分阻抗，并確保電氣長度相同，減少信號的偏斜和反射。對于相鄰的單端走線，應(yīng)遵循3 - W規(guī)則，即走線間距應(yīng)大于兩倍的走線寬度，以減少串擾。

應(yīng)用實例

以點對點通信為例，這是LVDS緩沖器最基本的應(yīng)用場景。在這種應(yīng)用中，驅(qū)動器將單端輸入信號轉(zhuǎn)換為差分信號，通過平衡互連介質(zhì)傳輸?shù)浇邮掌?，接收器再將差分信號轉(zhuǎn)換為單端數(shù)字信號。在設(shè)計過程中，要注意以下幾點：

• 驅(qū)動器輸出電壓：LVDS驅(qū)動器的輸出是1.2 - V的共模電壓，標稱差分輸出信號為340 mV，峰 - 峰差分電壓為680 mV。
• 互連介質(zhì)特性：互連介質(zhì)的特性阻抗應(yīng)與器件的輸出阻抗匹配，一般為100 Ω。
• 終端電阻：為了確保信號的正確傳輸，終端電阻應(yīng)與互連介質(zhì)的特性阻抗匹配，并盡可能靠近接收器放置。

總結(jié)

SN65LVDSxxx系列高速差分線驅(qū)動器和接收器以其卓越的性能和豐富的特性，為高速數(shù)據(jù)傳輸提供了可靠的解決方案。在設(shè)計過程中，工程師需要綜合考慮電源供應(yīng)、互連介質(zhì)、PCB布局等多個方面的因素，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望本文能為廣大電子工程師在使用這些器件時提供一些有益的參考。你在實際設(shè)計中是否遇到過類似的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。