SNx5LVDS3xxxx高速差分線路接收器深度解析

在高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，低電壓差分信號（LVDS）技術(shù)憑借其低功耗、高速度和抗干擾能力強等優(yōu)勢，得到了廣泛應(yīng)用。今天，我們就來詳細探討德州儀器（TI）的SN55LVDS32、SN65LVDS32、SN65LVDS3486和SN65LVDS9637這幾款LVDS差分線路接收器。

文件下載：sn65lvds32.pdf

產(chǎn)品概述

SNx5LVDS3xxxx系列設(shè)備滿足或超越了ANSI TIA/EIA - 644標準的要求，實現(xiàn)了LVDS的電氣特性。該技術(shù)將5 - V差分標準電平（如EIA/TIA422B）的輸出電壓降低，從而降低了功耗，提高了開關(guān)速度，并允許使用3.3 - V電源軌進行操作。在輸入共模電壓范圍內(nèi)，任何一個差分接收器在±100 - mV差分輸入電壓下都能提供有效的邏輯輸出狀態(tài)，且輸入共模電壓范圍允許兩個LVDS節(jié)點之間存在1 V的接地電位差。

主要特性

• 單3.3 - V電源供電：設(shè)計用于高達150 Mbps的信號速率，為高速數(shù)據(jù)傳輸提供了穩(wěn)定的電源支持。
• 差分輸入閾值：最大±100 mV，確保了對輸入信號的精確檢測。
• 低傳播延遲：典型傳播延遲時間為2.1 ns，能夠快速響應(yīng)輸入信號的變化。
• 低功耗：在最大數(shù)據(jù)速率下，每個接收器的典型功耗為60 mW，有效降低了系統(tǒng)的整體功耗。
• ESD保護：總線終端ESD保護超過8 kV，增強了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。
• LVTTL邏輯輸出電平：與常見的邏輯電路兼容，方便系統(tǒng)集成。
• 引腳兼容：與AM26LS32、MC3486和μA9637引腳兼容，便于進行替換和升級。
• 開路故障安全功能：適用于需要冗余的空間和高可靠性應(yīng)用。

應(yīng)用領(lǐng)域

該系列接收器廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，包括無線基礎(chǔ)設(shè)施、電信基礎(chǔ)設(shè)施和打印機等。在這些應(yīng)用中，LVDS技術(shù)能夠有效地實現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

設(shè)備信息

封裝形式

不同的產(chǎn)品型號提供了多種封裝形式可供選擇，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。例如，SN55LVDS32有LCCC（20）、CDIP（16）、CFP（16）和SOIC（16）等封裝；SN65LVDS32有SOP（16）和TSSOP（16）等封裝；SN65LVDS3486有SOIC（16）和TSSOP（16）等封裝；SN65LVDS9637有SOIC（8）和VSSOP（8）等封裝。

最大推薦工作速度

不同型號的最大推薦工作速度有所差異，SN65LVDS32和SN65LVDS3486為100 Mbps，SN65LVDS9637為150 Mbps。在設(shè)計時，需要根據(jù)實際需求選擇合適的型號。

引腳配置與功能

詳細的引腳配置和功能對于正確使用這些接收器至關(guān)重要。每個型號的引腳都有特定的用途，如電源引腳（VCC）、接地引腳（GND）、差分輸入引腳（A、B）和輸出引腳（Y）等。例如，在SNx5LVDS32xx中，VCC為16號引腳，提供電源；GND為8號引腳，作為接地端；1A和1B為差分輸入引腳，用于接收差分信號；1Y為輸出引腳，輸出LVTTL信號。

規(guī)格參數(shù)

絕對最大額定值

了解設(shè)備的絕對最大額定值可以避免因超出額定范圍而導(dǎo)致設(shè)備損壞。例如，VCC電源電壓范圍為 - 0.5 V至4 V，存儲溫度范圍為 - 65°C至150°C。

ESD額定值

該系列設(shè)備的靜電放電（ESD）額定值為±8000 V（人體模型，HBM），表明其具有較好的ESD保護能力。

推薦工作條件

在推薦工作條件下，設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)最佳性能。例如，VCC電源電壓推薦范圍為3 V至3.6 V，高電平輸入電壓（VIH）為2 V，低電平輸入電壓（VL）為0.8 V等。

熱信息

熱信息對于評估設(shè)備在不同溫度環(huán)境下的性能和可靠性非常重要。包括結(jié)到環(huán)境的熱阻（RθJA）、結(jié)到外殼（頂部）的熱阻（RθJC(top)）等參數(shù)。

電氣特性

不同型號的電氣特性有所差異，如正、負向差分輸入電壓閾值、高低電平輸出電壓、電源電流等。在設(shè)計時，需要根據(jù)具體要求進行選擇和優(yōu)化。

開關(guān)特性

開關(guān)特性描述了設(shè)備在信號轉(zhuǎn)換過程中的性能，如傳播延遲時間、通道間輸出偏斜等。這些特性對于確保信號的準確傳輸和同步非常關(guān)鍵。

典型特性

典型特性曲線展示了設(shè)備在不同條件下的性能表現(xiàn)，如電源電流與頻率的關(guān)系、傳播延遲時間與環(huán)境溫度的關(guān)系等。通過分析這些曲線，可以更好地了解設(shè)備的性能特點。

應(yīng)用與實現(xiàn)

點對點通信

這是LVDS緩沖器最基本的應(yīng)用場景，通過將單端輸入信號轉(zhuǎn)換為差分信號進行傳輸，能夠在平衡的100 - Ω特性阻抗互連介質(zhì)上實現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸。在設(shè)計點對點通信系統(tǒng)時，需要考慮多個參數(shù)，如驅(qū)動電源電壓、驅(qū)動輸入電壓、驅(qū)動信號速率、互連特性阻抗、終端電阻等。

詳細設(shè)計步驟

• 驅(qū)動電源電壓：LVDS驅(qū)動器可以在3.0 V至3.6 V的電源電壓下工作，確保差分輸出電壓在規(guī)定范圍內(nèi)。
• 驅(qū)動旁路電容：旁路電容對于降低電源噪聲和提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)至關(guān)重要。在高速環(huán)境中，應(yīng)選擇合適的電容值和類型，以減小引線電感。
• 驅(qū)動輸出電壓：標準的LVDS驅(qū)動器輸出具有1.2 V的共模電壓和340 mV的標稱差分輸出信號。
• 互連介質(zhì)：互連介質(zhì)應(yīng)滿足LVDS標準的要求，如特性阻抗為100 - 120 Ω，且變化不超過10%。常見的互連介質(zhì)包括雙絞線、同軸電纜、扁平帶狀電纜和PCB走線等。
• PCB傳輸線：PCB傳輸線的設(shè)計對于信號的傳輸質(zhì)量有重要影響。常見的傳輸線結(jié)構(gòu)包括微帶線和帶狀線，應(yīng)根據(jù)具體需求選擇合適的結(jié)構(gòu)，并確保特性阻抗的控制。
• 終端電阻：為了確保信號的正確傳輸，終端電阻應(yīng)與傳輸線的特性阻抗匹配，通常應(yīng)在標稱介質(zhì)特性阻抗的10%以內(nèi)。

電源供應(yīng)建議

LVDS驅(qū)動器和接收器設(shè)計為使用單電源供電，電源電壓范圍為2.4 V至3.6 V。在實際應(yīng)用中，驅(qū)動器和接收器可能位于不同的電路板或設(shè)備上，因此需要考慮電源的獨立性和接地電位差。同時，應(yīng)使用板級和局部設(shè)備級的旁路電容來降低電源噪聲。

布局設(shè)計

布局指南

• 微帶線與帶狀線拓撲：TI建議在可能的情況下，將LVDS信號路由在微帶線傳輸線上，以更好地控制特性阻抗和減少電磁干擾。
• 電介質(zhì)類型和電路板結(jié)構(gòu)：選擇合適的電介質(zhì)類型和電路板結(jié)構(gòu)對于確保信號的傳輸質(zhì)量至關(guān)重要。對于LVDS信號，F(xiàn)R - 4或等效材料通常可以提供足夠的性能。
• 推薦堆疊布局：為了減少TTL/CMOS與LVDS之間的串擾，建議使用至少兩個獨立的信號層，并確保電源層和接地層的緊密耦合。
• 走線間距：差分走線和單端走線之間應(yīng)保持足夠的間距，以減少串擾。通常，應(yīng)遵循3 - W規(guī)則，即相鄰走線之間的距離應(yīng)大于兩倍的走線寬度。
• 串擾和接地反彈最小化：提供盡可能靠近信號源的高頻電流返回路徑，以減少串擾和接地反彈。使用接地平面可以有效地實現(xiàn)這一目標。

布局示例

通過合理的布局設(shè)計，可以有效地減少串擾和信號反射，提高信號的傳輸質(zhì)量。例如，采用交錯走線布局可以在有限的電路板空間內(nèi)實現(xiàn)更好的信號隔離。

設(shè)備與文檔支持

設(shè)備支持

TI提供了豐富的LVDS產(chǎn)品系列和相關(guān)技術(shù)支持。在使用第三方產(chǎn)品時，需要注意TI的相關(guān)聲明和免責條款。

文檔支持

IBIS建?？捎糜谠撛O(shè)備，同時還提供了多個相關(guān)文檔，如低電壓差分信號設(shè)計筆記、TIA/EIA - 644接口電路等，為工程師提供了詳細的設(shè)計指導(dǎo)。

相關(guān)鏈接

通過提供的相關(guān)鏈接，工程師可以快速訪問技術(shù)文檔、支持和社區(qū)資源、工具和軟件等，方便進行產(chǎn)品選型和設(shè)計。

靜電放電注意事項

由于這些設(shè)備的內(nèi)置ESD保護有限，在存儲和處理過程中，應(yīng)將引腳短路或放置在導(dǎo)電泡沫中，以防止MOS柵極受到靜電損壞。

總結(jié)

SNx5LVDS3xxxx系列高速差分線路接收器憑借其優(yōu)異的性能和豐富的功能，在高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計過程中，工程師需要充分了解設(shè)備的特性和規(guī)格參數(shù)，合理選擇應(yīng)用場景和布局設(shè)計，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時，要注意靜電放電保護和文檔支持等方面的問題，為產(chǎn)品的成功開發(fā)提供保障。你在使用這些接收器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。