探索SN65LVDx10x系列：高速差分轉(zhuǎn)換器的卓越性能與應(yīng)用

在高速信號(hào)處理領(lǐng)域，差分轉(zhuǎn)換器和中繼器扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的SN65LVDx10x系列，包括SN65LVDS100、SN65LVDT100、SN65LVDS101和SN65LVDT101，它們?cè)诟咚傩盘?hào)處理方面展現(xiàn)出了卓越的性能和廣泛的應(yīng)用潛力。

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1. 特性與概述

1.1 高速與低抖動(dòng)

SN65LVDx10x系列專為信號(hào)速率≥2 Gbps設(shè)計(jì)，總抖動(dòng)小于65 ps。這一特性使得該系列產(chǎn)品在高速數(shù)據(jù)傳輸中能夠保持信號(hào)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，有效減少信號(hào)失真和誤碼率。

1.2 多信號(hào)兼容性

該系列產(chǎn)品的接收器能夠接受低電壓差分信號(hào)（LVDS）、正發(fā)射極耦合邏輯（PECL）或電流模式邏輯（CML）輸入信號(hào)，并且可以將其重復(fù)輸出為L(zhǎng)VDS或PECL輸出信號(hào)。這種多信號(hào)兼容性使得SN65LVDx10x系列在不同的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)之間架起了橋梁，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

1.3 低功耗與低偏斜

與MC100EP16相比，SN65LVDx10x系列是一種低功耗的替代方案。同時(shí)，該系列產(chǎn)品的器件間偏斜最大為100 ps，確保了信號(hào)在傳輸過程中的同步性和一致性。

1.4 寬輸入電壓范圍與遲滯

接收器輸入閾值具有25 mV的遲滯，輸入電壓范圍為0 V至4 V。這種遲滯設(shè)計(jì)可以有效防止輸出在輸入電壓接近0 V時(shí)發(fā)生抖動(dòng)，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

1.5 集成特性

SN65LVDT100和SN65LVDT101集成了110-Ω差分線終端電阻，減少了電路板空間和元件數(shù)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了最短的支線長(zhǎng)度。而SN65LVDS100和SN65LVDS101則提供了VBB電壓參考，適用于接收單端輸入信號(hào)。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

SN65LVDx10x系列廣泛應(yīng)用于無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施、電信基礎(chǔ)設(shè)施和打印機(jī)等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，高速、低抖動(dòng)和多信號(hào)兼容性的特性使得該系列產(chǎn)品能夠滿足不同系統(tǒng)的需求，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

3. 詳細(xì)規(guī)格

3.1 絕對(duì)最大額定值

該系列產(chǎn)品的電源電壓范圍為 -0.5 V至4 V，VBB輸出電流范圍為 -0.5 mA至0.5 mA，I/O電壓范圍為0 V至4.3 V，差分電壓（僅適用于LVDT100和LVDT101）最大為1 V。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須確保這些參數(shù)在絕對(duì)最大額定值范圍內(nèi)，以避免對(duì)器件造成永久性損壞。

3.2 ESD額定值

該系列產(chǎn)品具有良好的靜電放電（ESD）保護(hù)能力。人體模型（HBM）下，引腳2、3、5、6、7的ESD額定值為 +5000 V，其他引腳為 +2000 V；帶電設(shè)備模型（CDM）下的ESD額定值為 +1500 V。

3.3 推薦工作條件

推薦的電源電壓為3 V至3.6 V，差分輸入電壓幅度根據(jù)不同型號(hào)有所不同，輸入電壓范圍為0 V至4 V，VBB輸出電流范圍為 -400 μA至12 μA，工作環(huán)境溫度范圍為 -40°C至85°C。在這些條件下工作，可以確保器件的性能和可靠性。

3.4 熱信息

不同封裝的器件具有不同的熱阻和功率耗散額定值。例如，8引腳封裝的器件，結(jié)到環(huán)境的熱阻為208°C/W至263°C/W，在不同環(huán)境溫度下的功率耗散額定值也有所不同。在設(shè)計(jì)散熱方案時(shí)，需要考慮這些熱信息，以確保器件在正常工作溫度范圍內(nèi)。

3.5 電氣特性

該系列產(chǎn)品的電氣特性包括電源電流、器件功率耗散、參考電壓輸出、輸入特性和輸出特性等。例如，SN65LVDx100在無(wú)負(fù)載或輸入時(shí)的電源電流典型值為25 mA，最大值為30 mA；SN65LVDx101在特定負(fù)載和無(wú)輸入條件下的電源電流典型值為50 mA，最大值為61 mA。

3.6 開關(guān)特性

開關(guān)特性包括傳播延遲時(shí)間、上升和下降時(shí)間、脈沖偏斜、器件間偏斜、抖動(dòng)等。例如，SN65LVDx100的低到高電平輸出傳播延遲時(shí)間典型值為470 ps，最大值為800 ps；該系列產(chǎn)品的總抖動(dòng)典型值為28 ps，最大值為65 ps。這些開關(guān)特性對(duì)于高速信號(hào)處理至關(guān)重要，直接影響到信號(hào)的傳輸速度和質(zhì)量。

3.7 典型特性

典型特性圖表展示了該系列產(chǎn)品在不同條件下的性能表現(xiàn)，如電源電流與頻率、電源電流與環(huán)境溫度、差分輸出電壓與頻率、傳播延遲時(shí)間與共模輸入電壓、傳播延遲時(shí)間與環(huán)境溫度、峰峰值抖動(dòng)與數(shù)據(jù)速率、峰峰值抖動(dòng)與頻率等之間的關(guān)系。通過這些典型特性圖表，設(shè)計(jì)師可以更好地了解器件的性能，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。

4. 功能描述

4.1 接收器特性

4.1.1 電壓范圍與共模范圍

接收器能夠接受0 V至4 V的輸入信號(hào)，支持接收大多數(shù)低電壓差分信號(hào)。以400-mV差分輸入電壓為例，該接收器可以同時(shí)支持共模電壓在0.2 V至3.8 V之間的信號(hào)輸入。

4.1.2 靈敏度

當(dāng)差分輸入電壓大于100 mV時(shí)，接收器輸出高電平；當(dāng)差分輸入電壓小于 -100 mV時(shí)，接收器輸出低電平。在 -100 mV至100 mV之間，接收器輸出狀態(tài)不確定。同時(shí)，接收器具有25 mV的遲滯，可防止輸出在輸入電壓接近0 V時(shí)抖動(dòng)。

4.1.3 故障安全考慮

該系列產(chǎn)品的接收器沒有集成故障安全功能，但可以通過外部元件實(shí)現(xiàn)。例如，使用1.6-kΩ上拉電阻到3.3-V電源和1.6-kΩ下拉電阻到地。需要注意的是，外部故障安全電路會(huì)引入額外的抖動(dòng)和噪聲，在設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行權(quán)衡。

4.1.4 VBB電壓參考

SN65LVDS10x器件的VBB引腳提供了一個(gè)電壓參考，其標(biāo)稱值為VCC - 1.35 V。該電壓參考可用于接收單端輸入信號(hào)，將其連接到器件的反相輸入引腳。在使用VBB信號(hào)時(shí)，需要注意其最大源電流和灌電流限制。

4.1.5 集成終端

SN65LVDT10x器件集成了110-Ω終端電阻，可用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)或多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中的最后一個(gè)接收器。但在多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中，不能在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都使用該器件，以免改變總線阻抗，導(dǎo)致信號(hào)反射和失真。

4.1.6 接收器等效原理圖

接收器輸入為高阻抗差分對(duì)，SN65LVDT10x器件在輸入端口跨接了110-Ω內(nèi)部終端電阻。同時(shí)，每個(gè)輸入引腳都包含7-V齊納二極管，用于提供ESD保護(hù)。

4.2 驅(qū)動(dòng)器特性

4.2.1 信號(hào)速率、邊沿速率和額外抖動(dòng)

該系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)用于提供高達(dá)2 Gbps及以上的信號(hào)速率，其眼圖質(zhì)量受上升或下降時(shí)間和額外抖動(dòng)的影響。在2 Gbps信號(hào)速率下，單位間隔時(shí)間為500 ps，該系列產(chǎn)品的標(biāo)稱總抖動(dòng)為28 ps，最壞情況抖動(dòng)為65 ps。

4.2.2 SN65LVDx100 LVDS輸出

SN65LVDx100驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓符合LVDS標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)稱值為340 mV，最小值為247 mV，最大值為454 mV。該器件通過感測(cè)電路和控制環(huán)路來保持輸出共模電壓在指定范圍內(nèi)。

4.2.3 SN65LVDx101 LVPECL輸出

SN65LVDx101驅(qū)動(dòng)器是LVPECL差分驅(qū)動(dòng)器，其輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)50-Ω負(fù)載，負(fù)載參考電源為器件電源電壓減去2 V。這種設(shè)計(jì)確保了輸出驅(qū)動(dòng)器的最終晶體管階段始終處于導(dǎo)通狀態(tài)。

4.2.4 驅(qū)動(dòng)器等效原理圖

驅(qū)動(dòng)器輸出由差分對(duì)表示，每個(gè)輸出引腳都包含7-V齊納二極管，用于提供ESD保護(hù)。SN65LVDx101的LVPECL輸出還包含跟隨器階段。

5. 應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

5.1 應(yīng)用信息

SN65LVDx10x系列是單通道中繼器/轉(zhuǎn)換器，可用于再生或重復(fù)信號(hào)。該系列產(chǎn)品可以接受任何符合輸入端口要求的差分信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS或LVPECL輸出信號(hào)。在不同信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換中，該系列產(chǎn)品發(fā)揮著重要作用。

5.2 典型應(yīng)用

5.2.1 PECL到LVDS轉(zhuǎn)換

使用SN65LVDS100可以輕松將LVPECL信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS信號(hào)。設(shè)計(jì)時(shí)需要注意PECL源電源電壓、SN65LVDS100電源電壓、驅(qū)動(dòng)器信號(hào)速率、互連特性阻抗和終端電阻等參數(shù)。

5.2.2 LVDS到3.3-V PECL轉(zhuǎn)換

SN65LVDT101可用于將LVDS信號(hào)轉(zhuǎn)換為3.3-V PECL信號(hào)。LVDS源電源電壓、SN65LVDT101電源電壓、驅(qū)動(dòng)器信號(hào)速率、互連特性阻抗和終端電阻等參數(shù)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

5.2.3 5-V PECL到3.3-V PECL轉(zhuǎn)換

當(dāng)需要將5-V PECL信號(hào)轉(zhuǎn)換為3.3-V PECL信號(hào)時(shí)，可使用SN65LVDS101。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意輸入引腳的絕對(duì)電壓水平，確保其不超過4 V。

5.2.4 CML到LVDS或3.3-V PECL轉(zhuǎn)換

該系列產(chǎn)品可以將CML信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS或3.3-V PECL信號(hào)。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮CML終端電源電壓、SN65LVDS10x電源電壓、驅(qū)動(dòng)器信號(hào)速率、互連特性阻抗和終端電阻等參數(shù)。

5.2.5 單端3.3-V PECL到LVDS轉(zhuǎn)換

使用SN65LVDS100可以將單端3.3-V PECL信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS信號(hào)。需要對(duì)差分接收器的未使用輸入引腳進(jìn)行偏置，VBB引腳提供了所需的偏置電壓。

5.2.6 單端CMOS到LVDS轉(zhuǎn)換

SN65LVDx10x系列可以將CMOS輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分輸出信號(hào)。設(shè)計(jì)時(shí)需要注意CMOS電源電壓、SN65LVDS100電源電壓、驅(qū)動(dòng)器信號(hào)速率和VBB電流等參數(shù)。

5.2.7 單端CMOS到3.3-V PECL轉(zhuǎn)換

使用SN65LVDS101可以將單端CMOS信號(hào)轉(zhuǎn)換為3.3-V PECL信號(hào)。設(shè)計(jì)參數(shù)與單端CMOS到LVDS轉(zhuǎn)換類似。

5.2.8 交流耦合信號(hào)接收

將交流耦合信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS或LVPECL信號(hào)時(shí)，需要使用中心抽頭的100-Ω電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行終端匹配，并將中心抽頭連接到VBB偏置參考。

6. 電源供應(yīng)與布局建議

6.1 電源供應(yīng)建議

該系列產(chǎn)品的LVDS驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)為單電源供電，電源電壓范圍為3.0 V至3.6 V。在實(shí)際應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)器和接收器可能位于不同的電路板或設(shè)備中，此時(shí)應(yīng)使用單獨(dú)的電源，并確保驅(qū)動(dòng)器和接收器電源之間的地電位差小于±1 V。同時(shí)，應(yīng)使用板級(jí)和本地器件級(jí)旁路電容。

6.2 布局指南

6.2.1 微帶線與帶狀線拓?fù)?/h4>

建議在可能的情況下，將LVDS信號(hào)路由在微帶線傳輸線上。微帶線是PCB外層的走線，而帶狀線是兩層接地平面之間的走線。微帶線可以讓設(shè)計(jì)師根據(jù)整體噪聲預(yù)算和反射允許范圍指定所需的特性阻抗公差。

6.2.2 介電類型與電路板結(jié)構(gòu)

對(duì)于LVDS信號(hào)，F(xiàn)R-4或等效材料通常可以提供足夠的性能。如果TTL/CMOS信號(hào)的上升或下降時(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。

6.2.3 推薦堆疊布局

為了減少TTL/CMOS到LVDS的串?dāng)_，建議使用至少兩層獨(dú)立的信號(hào)層。常見的堆疊配置包括四層板和六層板，六層板可以更好地隔離信號(hào)層和電源層，提高信號(hào)完整性，但制造成本較高。

6.2.4 走線間距

LVDS鏈路的差分對(duì)之間應(yīng)緊密耦合，以實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)抵消。同時(shí)，差分對(duì)的走線應(yīng)具有相同的電氣長(zhǎng)度，以確保平衡，減少偏斜和信號(hào)反射問題。對(duì)于相鄰的單端走線，應(yīng)遵循3-W規(guī)則，即走線間距應(yīng)大于單根走線寬度的兩倍或從走線中心到走線中心的三倍。

6.2.5 串?dāng)_和地彈最小化

為了減少串?dāng)_，應(yīng)提供一個(gè)盡可能接近原始走線的高頻電流返回路徑，通常使用接地平面來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，應(yīng)保持走線盡可能短，并確保接地平面連續(xù)，避免接地平面出現(xiàn)不連續(xù)情況。

7. 總結(jié)

SN65LVDx10x系列是一款性能卓越的高速差分轉(zhuǎn)換器和中繼器，具有高速、低抖動(dòng)、多信號(hào)兼容性、低功耗、低偏斜等優(yōu)點(diǎn)。該系列產(chǎn)品在無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施、電信基礎(chǔ)設(shè)施、打印機(jī)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要充分考慮該系列產(chǎn)品的特性和規(guī)格，遵循電源供應(yīng)和布局建議，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。同時(shí)，設(shè)計(jì)師還可以根據(jù)具體應(yīng)用需求，選擇合適的應(yīng)用方案，實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換。你在使用這個(gè)系列產(chǎn)品時(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。