SN65LVDSxxx高速差分線驅(qū)動(dòng)器和接收器：設(shè)計(jì)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(hào)（LVDS）技術(shù)憑借其高速、低功耗和抗干擾等優(yōu)勢(shì)，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(dòng)器和接收器，就是這類(lèi)技術(shù)中的佼佼者。今天，我們就來(lái)深入探討一下這些器件的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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特性亮點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)兼容性

這些器件完全符合或超越了ANSI TIA/EIA - 644 - 1995標(biāo)準(zhǔn)的要求，為設(shè)計(jì)提供了可靠的電氣接口保障。在全雙工信號(hào)傳輸方面，速率最高可達(dá)150 Mbps，某些情況下甚至能達(dá)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(hù)：總線引腳的靜電放電（ESD）能力超過(guò)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(dòng)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(hào)傳輸方案，大大降低了功耗。
• 低電壓差分信號(hào)：典型輸出電壓為350 mV，配合100 - Ω負(fù)載，不僅降低了輻射能量，還提高了信號(hào)的抗干擾能力。
• 傳播延遲小：驅(qū)動(dòng)器的典型傳播延遲時(shí)間為1.7 ns，接收器為3.7 ns，確保了信號(hào)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(jì)的靈活性。
• 高輸入阻抗：接收器在$V_{CC}<1.5 V$時(shí)仍能保持高輸入阻抗，并且具有開(kāi)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(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施、電信基礎(chǔ)設(shè)施以及打印機(jī)等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用場(chǎng)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(xì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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(shí)際設(shè)計(jì)中，要注意使用旁路電容來(lái)改善電源分配電路，減少電源噪聲對(duì)器件性能的影響。通常，在板級(jí)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(jì)算

旁路電容的選擇可以根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算： $C{chip}=left(frac{Delta I{Maximum SPoange Supply Current }}{Delta V{Maximum Power Supply Noise }}right) × T{Rise Time }$ 例如，對(duì)于LVDS芯片，保守估計(jì)上升時(shí)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(dòng)器和接收器之間的物理通信通道可以是任何滿足LVDS標(biāo)準(zhǔn)的平衡配對(duì)金屬導(dǎo)體，如雙絞線、雙軸電纜、扁平帶狀電纜或PCB走線?；ミB的標(biāo)稱特性阻抗應(yīng)在100 Ω至120 Ω之間，變化不超過(guò)10%（90 Ω至132 Ω）。

PCB傳輸線設(shè)計(jì)

在PCB設(shè)計(jì)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(hào)走線，通過(guò)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(hào)走線，上下分別有接地平面。在選擇傳輸線結(jié)構(gòu)時(shí)，要綜合考慮信號(hào)的高速傳輸需求和電磁兼容性。一般來(lái)說(shuō)，如果條件允許，建議將LVDS信號(hào)路由在微帶傳輸線上。

布局指南

• 拓?fù)溥x擇：微帶線和帶狀線各有優(yōu)缺點(diǎn)。微帶線便于設(shè)計(jì)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(huì)增加電容。TI建議在可能的情況下，將LVDS信號(hào)路由在微帶傳輸線上。
• 介質(zhì)選擇：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。
• 堆疊設(shè)計(jì)：為了減少TTL/CMOS和LVDS之間的串?dāng)_，建議使用至少兩層獨(dú)立的信號(hào)平面。常見(jiàn)的四層和六層PCB堆疊結(jié)構(gòu)可以有效提高信號(hào)的完整性。
• 走線間距：差分對(duì)之間應(yīng)保持緊密耦合，以實(shí)現(xiàn)100 - Ω的差分阻抗，并確保電氣長(zhǎng)度相同，減少信號(hào)的偏斜和反射。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)大于兩倍的走線寬度，以減少串?dāng)_。

應(yīng)用實(shí)例

以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信為例，這是LVDS緩沖器最基本的應(yīng)用場(chǎng)景。在這種應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)器將單端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，通過(guò)平衡互連介質(zhì)傳輸?shù)浇邮掌鳎邮掌髟賹⒉罘中盘?hào)轉(zhuǎn)換為單端數(shù)字信號(hào)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意以下幾點(diǎn)：

• 驅(qū)動(dòng)器輸出電壓：LVDS驅(qū)動(dòng)器的輸出是1.2 - V的共模電壓，標(biāo)稱差分輸出信號(hào)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(hào)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(dòng)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(jì)過(guò)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(gè)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(shí)提供一些有益的參考。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過(guò)類(lèi)似的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。