高速差分線(xiàn)驅(qū)動(dòng)與接收器：SN75LVDS系列深度剖析

在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域里，差分信號(hào)技術(shù)憑借其抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高的優(yōu)點(diǎn)，成為了眾多電子工程師的首選。今天，我們就來(lái)深入了解一下德州儀器（TI）推出的SN75LVDS179、SN75LVDS180、SN75LVDS050和SN75LVDS051這幾款高速差分線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器與接收器。

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特性概述

高速信號(hào)傳輸

這幾款器件采用低電壓差分信號(hào)（LVDS）技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)155 Mbps的信號(hào)傳輸速率，滿(mǎn)足大多數(shù)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。它們符合ANSI TIA/EIA - 644 - 1995標(biāo)準(zhǔn)，在100 Ω負(fù)載下提供最小247 mV的差分輸出電壓幅度，并且能夠接收100 mV的信號(hào)，即使在發(fā)射器和接收器之間存在高達(dá)1 V的接地電位差時(shí)也能正常工作。

單電源供電

這些器件只需一個(gè)3.3 V的單電源即可工作，簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)。同時(shí)，典型輸出電壓為350 mV，結(jié)合100 Ω負(fù)載，能夠有效降低功耗。

輸入輸出特性

• 輸入兼容性：SN75LVDS179的LVTTL輸入電平具有5 V容限，這使得它能夠與各種不同電平的電路兼容。
• 輸出高阻抗：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器禁用或$V_{CC} < 1.5 V$時(shí)，驅(qū)動(dòng)器處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，避免對(duì)電路產(chǎn)生不必要的影響。
• 開(kāi)路故障保護(hù)：接收器具有開(kāi)路故障保護(hù)功能，當(dāng)輸入開(kāi)路時(shí)，能夠確保輸出處于確定狀態(tài)。

工作溫度范圍

這些器件的工作溫度范圍為0°C至70°C，適用于大多數(shù)常見(jiàn)的工業(yè)和商業(yè)環(huán)境。

功能表分析

通過(guò)查看文檔中的功能表，我們可以了解到這些器件在不同輸入條件下的輸出狀態(tài)。例如，SN75LVDS179接收器在$VID ≥ 100 mV$時(shí)輸出高電平（H），在$VID ≤ - 100 mV$時(shí)輸出低電平（L），而在$- 100 mV < VID < 100 mV$時(shí)輸出狀態(tài)不確定。這些詳細(xì)的功能表為我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。

電氣特性

電源電流

不同的工作模式下，器件的電源電流有所不同。以SN75LVDS180為例，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器啟用、接收器禁用且$R_L = 100 Ω$時(shí)，電源電流典型值為5 mA，最大值為7 mA；而當(dāng)驅(qū)動(dòng)器禁用、接收器啟用且無(wú)負(fù)載時(shí)，電源電流典型值為1.5 mA，最大值為2 mA。了解這些電源電流特性，有助于我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)合理規(guī)劃電源供應(yīng)，避免電源過(guò)載。

驅(qū)動(dòng)器電氣特性

• 差分輸出電壓：差分輸出電壓幅度在$R_L = 100 Ω$時(shí)，最小值為247 mV，典型值為340 mV，最大值為454 mV。這個(gè)參數(shù)決定了信號(hào)的強(qiáng)度，對(duì)于遠(yuǎn)距離傳輸和抗干擾能力有重要影響。
• 共模輸出電壓：穩(wěn)態(tài)共模輸出電壓典型值為1.2 V，在邏輯狀態(tài)變化時(shí)的變化范圍在±50 mV以?xún)?nèi)。共模輸出電壓的穩(wěn)定性對(duì)于減少電磁干擾和保證信號(hào)質(zhì)量至關(guān)重要。

接收器電氣特性

• 輸入閾值：正跳變差分輸入電壓閾值最大值為100 mV，負(fù)跳變差分輸入電壓閾值最小值為 - 100 mV。了解這些輸入閾值，我們可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)調(diào)整輸入信號(hào)的幅度，確保接收器能夠準(zhǔn)確識(shí)別信號(hào)。
• 輸出電壓：高電平輸出電壓在$I{OH} = - 8 mA$時(shí)最小值為2.4 V，低電平輸出電壓在$I{OL} = 8 mA$時(shí)最大值為0.4 V。這些輸出電壓特性決定了接收器與后續(xù)電路的兼容性。

開(kāi)關(guān)特性

驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)特性

驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)關(guān)特性包括傳播延遲時(shí)間、上升時(shí)間、下降時(shí)間和脈沖偏斜等參數(shù)。例如，傳播延遲時(shí)間（低到高電平輸出和高到低電平輸出）最大值為6 ns，差分輸出信號(hào)上升時(shí)間和下降時(shí)間典型值在0.8 ns至1.2 ns之間。這些參數(shù)決定了驅(qū)動(dòng)器在高速信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)的響應(yīng)速度和信號(hào)質(zhì)量。

接收器開(kāi)關(guān)特性

接收器的開(kāi)關(guān)特性與驅(qū)動(dòng)器類(lèi)似，傳播延遲時(shí)間（低到高電平輸出和高到低電平輸出）典型值在2.1 ns至6 ns之間，輸出信號(hào)上升時(shí)間和下降時(shí)間也在一定范圍內(nèi)。了解這些開(kāi)關(guān)特性，有助于我們?cè)谠O(shè)計(jì)高速電路時(shí)避免信號(hào)失真和時(shí)序問(wèn)題。

應(yīng)用信息

適用場(chǎng)景

這些器件通常用于高速點(diǎn)對(duì)點(diǎn)基帶數(shù)據(jù)傳輸，傳輸介質(zhì)可以是印刷電路板走線(xiàn)、背板或電纜。由于其低共模輸出和平衡接口，接地電位差小于1 V，能夠?qū)崿F(xiàn)極低的噪聲發(fā)射。此外，它們還可以與RS - 422、PECL和IEEE - P1596等接口互操作，具有很強(qiáng)的通用性。

故障保護(hù)

在差分信號(hào)應(yīng)用中，當(dāng)信號(hào)對(duì)上沒(méi)有差分電壓時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)是一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題。TI的LVDS接收器在處理開(kāi)路輸入電路情況時(shí)具有獨(dú)特的故障保護(hù)功能。當(dāng)輸入開(kāi)路（例如驅(qū)動(dòng)器處于高阻抗?fàn)顟B(tài)或電纜斷開(kāi)）時(shí)，接收器會(huì)通過(guò)300 kΩ電阻將信號(hào)對(duì)的每條線(xiàn)拉至接近V，并用一個(gè)輸入電壓閾值約為2.3 V的與門(mén)檢測(cè)這種情況，無(wú)論差分輸入電壓如何，都將輸出強(qiáng)制為高電平。

總結(jié)

SN75LVDS179、SN75LVDS180、SN75LVDS050和SN75LVDS051這幾款高速差分線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器與接收器具有高速、低功耗、高兼容性和故障保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)高速電路時(shí)，我們需要充分了解這些器件的特性和參數(shù)，合理選擇和使用它們，以確保電路的性能和可靠性。你在使用這些器件時(shí)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。