探索DS90CR285/DS90CR286：高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐胫x

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性一直是工程師們關(guān)注的重點(diǎn)。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的DS90CR285/DS90CR286芯片組，這對(duì)組合在數(shù)據(jù)傳輸方面表現(xiàn)卓越，為眾多應(yīng)用場(chǎng)景提供了可靠的解決方案。

文件下載：ds90cr285.pdf

芯片特性亮點(diǎn)

低功耗與高性能并存

DS90CR285/DS90CR286采用單+3.3V電源供電，芯片組（發(fā)射端+接收端）典型功耗低于250mW，在掉電模式下總功耗甚至低于0.5mW。如此低的功耗，對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的設(shè)備來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一大優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，它還能提供高達(dá)231MBytes/sec的帶寬和1.848Gbps的數(shù)據(jù)吞吐量，滿(mǎn)足了高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來(lái)多重優(yōu)勢(shì)

• 縮小電纜尺寸：采用窄總線(xiàn)設(shè)計(jì)，有效減少了電纜的使用量，降低了系統(tǒng)成本，同時(shí)減小了連接器的物理尺寸和成本。
• 低電磁干擾：290mV擺幅的LVDS器件，降低了電磁干擾（EMI），提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 寬共模范圍：+1V的共模范圍（以+1.2V為中心），增強(qiáng)了芯片對(duì)信號(hào)干擾的抵抗能力。
• 無(wú)需外部組件：PLL（鎖相環(huán)）無(wú)需外部組件，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，降低了設(shè)計(jì)難度。
• 小巧封裝：兩款芯片均采用低輪廓56引腳TSSOP封裝，節(jié)省了電路板空間。
• 上升沿?cái)?shù)據(jù)選通：支持上升沿?cái)?shù)據(jù)選通，與TIA/EIA - 644 LVDS標(biāo)準(zhǔn)兼容，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
• 高靜電防護(hù)：ESD評(píng)級(jí)大于7kV，增強(qiáng)了芯片的可靠性和穩(wěn)定性。
• 寬工作溫度范圍：工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，適用于各種惡劣環(huán)境。

工作原理剖析

發(fā)射端DS90CR285

DS90CR285發(fā)射端將28位的LVCMOS/LVTTL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為四個(gè)LVDS（低壓差分信號(hào)）數(shù)據(jù)流。同時(shí)，一個(gè)鎖相的發(fā)射時(shí)鐘通過(guò)第五個(gè)LVDS鏈路與數(shù)據(jù)流并行傳輸。在每個(gè)發(fā)射時(shí)鐘周期，28位輸入數(shù)據(jù)被采樣并傳輸。

接收端DS90CR286

DS90CR286接收端則將LVDS數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換回28位的LVCMOS/LVTTL數(shù)據(jù)。以66MHz的發(fā)射時(shí)鐘頻率為例，每個(gè)LVDS數(shù)據(jù)通道以462Mbps的速率傳輸28位TTL數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)吞吐量可達(dá)1.848Gbit/s（231Mbytes/s）。

數(shù)據(jù)復(fù)用減少電纜需求

數(shù)據(jù)線(xiàn)路的復(fù)用大大減少了電纜的使用。傳統(tǒng)的長(zhǎng)距離并行單端總線(xiàn)通常需要為每個(gè)有效信號(hào)配備一根地線(xiàn)，且抗噪聲能力有限。而使用DS90CR285/DS90CR286芯片組，僅需11根導(dǎo)體（4對(duì)數(shù)據(jù)線(xiàn)、1對(duì)時(shí)鐘線(xiàn)和至少1根地線(xiàn)），相比之下，電纜寬度減少了80%。

電氣特性解讀

直流特性

文檔詳細(xì)列出了LVCMOS/LVTTL、LVDS驅(qū)動(dòng)器和LVDS接收器的直流特性參數(shù)，包括輸入輸出電壓、電流等。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)，確保芯片在不同工作條件下都能穩(wěn)定運(yùn)行。

開(kāi)關(guān)特性

發(fā)射端和接收端的開(kāi)關(guān)特性參數(shù)也被明確給出，如LVDS信號(hào)的高低電平轉(zhuǎn)換時(shí)間、時(shí)鐘輸入輸出的延遲時(shí)間等。了解這些參數(shù)有助于工程師優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電纜選擇

在選擇電纜時(shí)，需要考慮其對(duì)差分LVDS對(duì)的支持能力。28位的DS90CR285/DS90CR286芯片組需要五對(duì)信號(hào)線(xiàn)，理想的電纜/連接器接口應(yīng)具有恒定的100Ω差分阻抗。同時(shí)，為了保證在接收器處有足夠的數(shù)據(jù)采樣窗口，建議電纜偏斜在66MHz時(shí)鐘速率下保持在150ps以下。常見(jiàn)的電纜類(lèi)型包括扁平帶狀電纜、柔性電纜、雙絞線(xiàn)和雙同軸電纜，不同類(lèi)型的電纜適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

電路板布局

為了充分發(fā)揮LVDS技術(shù)在降低噪聲和EMI方面的優(yōu)勢(shì)，在電路板布局時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

• 差分對(duì)的線(xiàn)路應(yīng)相鄰布置，以消除其他信號(hào)的干擾，并充分利用差分信號(hào)的噪聲抵消特性。
• 盡量保持差分對(duì)信號(hào)走線(xiàn)長(zhǎng)度相等，減少阻抗不連續(xù)性。
• 限制阻抗不連續(xù)性，減少過(guò)孔數(shù)量，避免走線(xiàn)出現(xiàn)90度角。
• 確保差分走線(xiàn)阻抗與所選物理介質(zhì)的差分阻抗匹配，并與接收器輸入處的終端電阻值一致。
• 將CHANNEL LINK TxOUT/RxIN引腳盡量靠近電路板邊緣，減少PCB走線(xiàn)長(zhǎng)度。

未使用引腳處理

發(fā)射端TxIN的所有未使用輸入必須接地，接收端RxOUT的所有未使用輸出則應(yīng)懸空。

終端電阻

由于采用電流模式驅(qū)動(dòng)器，需要在接收器輸入處跨接一個(gè)終端電阻。通常，CHANNEL LINK芯片組在接收器輸入的每個(gè)差分對(duì)上需要一個(gè)100Ω的電阻，實(shí)際電阻值應(yīng)根據(jù)電纜的差分模式特性阻抗進(jìn)行選擇。

去耦電容

為了減少開(kāi)關(guān)噪聲對(duì)性能的影響，建議在每個(gè)VCC和接地平面之間并聯(lián)三個(gè)去耦電容（多層陶瓷表面貼裝形式），電容值分別為0.1μF、0.01μF和0.001μF。

時(shí)鐘抖動(dòng)控制

芯片組采用PLL來(lái)生成和恢復(fù)通過(guò)LVDS接口傳輸?shù)臅r(shí)鐘。為了確保時(shí)鐘輸入為干凈的低噪聲信號(hào)，需要對(duì)每個(gè)VCC進(jìn)行單獨(dú)的旁路接地，以減少傳遞到PLL的噪聲，從而產(chǎn)生低抖動(dòng)的LVDS時(shí)鐘。

共模與差模噪聲裕量

LVDS的典型信號(hào)擺幅為300mV，以+1.2V為中心。CHANNEL LINK接收器支持100mV的閾值，提供約200mV的差分噪聲裕量。同時(shí)，LVDS支持從地到+2.4V的輸入電壓范圍，允許由于地電位差異和共模噪聲導(dǎo)致的中心點(diǎn)±1.0V的偏移。

電源排序與掉電模式

發(fā)射端的輸出在電源達(dá)到2V之前保持三態(tài)，當(dāng)VCC達(dá)到3V且掉電引腳高于1.5V后10ms，時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸出開(kāi)始切換。通過(guò)斷言掉電引腳（低電平有效），可以隨時(shí)將芯片置于掉電模式，每個(gè)器件的總功耗將降至5μW（典型值）。此外，芯片組還具備自我保護(hù)功能，能夠應(yīng)對(duì)發(fā)射端或接收端意外掉電的情況。

總結(jié)

DS90CR285/DS90CR286芯片組以其低功耗、高性能、優(yōu)化設(shè)計(jì)等諸多優(yōu)勢(shì)，成為了數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景，合理選擇電纜、優(yōu)化電路板布局、處理未使用引腳、設(shè)置終端電阻和去耦電容等，以確保芯片組能夠發(fā)揮出最佳性能。希望本文能為電子工程師們?cè)谑褂肈S90CR285/DS90CR286芯片組時(shí)提供一些有價(jià)值的參考。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。