深度解析DS90CR287/DS90CR288A：高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐脒x擇

在高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，如何高效、穩(wěn)定地傳輸數(shù)據(jù)一直是工程師們面臨的重要挑戰(zhàn)。德州儀器（TI）的DS90CR287/DS90CR288A芯片組，憑借其出色的性能和特性，成為解決電磁干擾（EMI）和電纜尺寸問(wèn)題的理想方案。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下這對(duì)芯片組。

文件下載：ds90cr287.pdf

芯片概述

DS90CR287是一個(gè)發(fā)送器，它能夠?qū)?8位的LVCMOS/LVTTL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為四個(gè)LVDS（低電壓差分信號(hào)）數(shù)據(jù)流。同時(shí)，一個(gè)鎖相的發(fā)送時(shí)鐘會(huì)通過(guò)第五個(gè)LVDS鏈路與數(shù)據(jù)流并行傳輸。每一個(gè)發(fā)送時(shí)鐘周期，28位的輸入數(shù)據(jù)都會(huì)被采樣并發(fā)送出去。 而DS90CR288A作為接收器，它的任務(wù)是將四個(gè)LVDS數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換回28位的LVCMOS/LVTTL數(shù)據(jù)。在85MHz的發(fā)送時(shí)鐘頻率下，每個(gè)LVDS數(shù)據(jù)通道的TTL數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)595Mbps，使用85MHz時(shí)鐘時(shí)，數(shù)據(jù)吞吐量更是高達(dá)2.38Gbit/s（297.5Mbytes/sec）。

特性亮點(diǎn)

高性能數(shù)據(jù)處理

• 寬頻率支持：支持20到85MHz的移位時(shí)鐘，能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。
• 高吞吐量：最高可達(dá)2.38Gbps的吞吐量和297.5Mbytes/sec的帶寬，滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?

  穩(wěn)定的時(shí)鐘輸出

• 50%占空比：接收器輸出時(shí)鐘具有50%的占空比，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

  低功耗設(shè)計(jì)

• 低功耗消耗：在保證高性能的同時(shí)，能夠有效降低功耗，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

  良好的兼容性

• 符合標(biāo)準(zhǔn)：與TIA/EIA - 644 LVDS標(biāo)準(zhǔn)兼容，方便與其他設(shè)備進(jìn)行集成。

  其他優(yōu)勢(shì)

• 窄總線設(shè)計(jì)：減少了電纜的尺寸和成本。
• 低EMI：345mV（典型值）的擺幅LVDS器件，有效降低了電磁干擾。
• 無(wú)需外部組件：PLL不需要外部組件，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

電氣特性

絕對(duì)最大額定值

在使用芯片時(shí)，我們需要關(guān)注其絕對(duì)最大額定值，以確保設(shè)備的安全。DS90CR287/DS90CR288A的絕對(duì)最大額定值包括：

• 電源電壓（VCC）： - 0.3V到 + 4V
• CMOS/TTL輸入電壓： - 0.5V到（VCC + 0.3V）
• LVDS接收器輸入電壓： - 0.3V到（VCC + 0.3V）等。 需要注意的是，“絕對(duì)最大額定值”是指超出這些值后，設(shè)備的安全性無(wú)法得到保證，但并不意味著設(shè)備應(yīng)該在這些極限條件下運(yùn)行。

推薦工作條件

為了使芯片能夠正常工作，我們需要遵循推薦的工作條件。例如，電源電壓（VCC）的范圍為3.0 - 3.6V，典型值為3.3V；工作自由空氣溫度（TA）的范圍為 - 10 - + 70°C，典型值為 + 25°C等。

電氣參數(shù)

芯片的電氣參數(shù)包括LVCMOS/LVTTL直流規(guī)格、LVDS驅(qū)動(dòng)器直流規(guī)格、LVDS接收器直流規(guī)格、發(fā)送器電源電流和接收器電源電流等。這些參數(shù)對(duì)于我們了解芯片的性能和進(jìn)行電路設(shè)計(jì)非常重要。例如，LVDS驅(qū)動(dòng)器的差分輸出電壓（VOD）在RL = 100Ω時(shí)，典型值為250 - 290mV，最大值為450mV。

開(kāi)關(guān)特性

發(fā)送器開(kāi)關(guān)特性

發(fā)送器的開(kāi)關(guān)特性包括LVDS高低電平轉(zhuǎn)換時(shí)間、輸入時(shí)鐘轉(zhuǎn)換時(shí)間、輸出脈沖位置、時(shí)鐘周期、高低時(shí)間、建立和保持時(shí)間、時(shí)鐘延遲、鎖相環(huán)設(shè)置時(shí)間和電源關(guān)斷延遲等。這些特性決定了發(fā)送器在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。例如，LVDS低到高的轉(zhuǎn)換時(shí)間（LLHT）典型值為0.75 - 1.5ns。

接收器開(kāi)關(guān)特性

接收器的開(kāi)關(guān)特性與發(fā)送器類似，包括CMOS/TTL高低電平轉(zhuǎn)換時(shí)間、輸入選通位置、時(shí)鐘周期、高低時(shí)間、建立和保持時(shí)間、時(shí)鐘延遲、鎖相環(huán)設(shè)置時(shí)間和電源關(guān)斷延遲等。接收器的輸入選通位置對(duì)于準(zhǔn)確采樣數(shù)據(jù)非常關(guān)鍵，例如在85MHz時(shí)鐘頻率下，接收器輸入選通位置（RSPos0）的范圍為 - 0.20 - 0.20ns。

應(yīng)用信息

系統(tǒng)升級(jí)注意事項(xiàng)

如果要從5V系統(tǒng)升級(jí)到3.3V系統(tǒng)，我們需要注意以下幾點(diǎn)：

• 電源更改：將5V電源供應(yīng)改為3.3V，并將該電源提供給VCC、LVDS VCC和PLL VCC。
• 輸入電平：發(fā)送器的輸入和控制輸入為3.3V TTL/CMOS電平，不支持5V。
• 接收器特性：接收器的電源關(guān)斷功能啟用時(shí)，會(huì)將接收器輸出鎖定為邏輯低電平。

電纜選擇

電纜的選擇對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅苤陵P(guān)重要。DS90CR287/DS90CR288A芯片組需要支持差分LVDS對(duì)的電纜接口，28位芯片組需要五對(duì)信號(hào)線。理想的電纜/連接器接口應(yīng)具有恒定的100Ω差分阻抗，并且電纜的偏斜應(yīng)保持在140ps以下（@ 85MHz時(shí)鐘速率）。常見(jiàn)的電纜類型包括扁平帶狀電纜、柔性電纜、雙絞線和雙同軸電纜等。不同的電纜適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，例如扁平帶狀電纜、柔性電纜和雙絞線通常適用于短距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用，而雙同軸電纜則適用于短距離和長(zhǎng)距離應(yīng)用。

接收器故障安全特性

接收器具有輸入故障安全偏置電路，能夠保證在接收器輸入浮動(dòng)或端接時(shí)輸出穩(wěn)定。在這種情況下，接收器輸入將處于高電平狀態(tài)。如果有時(shí)鐘信號(hào)存在，數(shù)據(jù)輸出將全部為高電平；如果時(shí)鐘輸入也浮動(dòng)/端接，數(shù)據(jù)輸出將保持在最后一個(gè)有效狀態(tài)。

電路板布局

為了充分發(fā)揮LVDS的抗噪和降低EMI的優(yōu)勢(shì)，我們需要注意電路板的布局。差分線對(duì)的線路應(yīng)始終相鄰，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。同時(shí)，應(yīng)盡量保持差分對(duì)信號(hào)跡線的長(zhǎng)度相等，減少阻抗不連續(xù)性。

其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們還需要注意以下幾點(diǎn)：

• 輸入兼容性：TxIN和控制引腳輸入與LVTTL和LVCMOS電平兼容，但不支持5V。
• 終端電阻：通常需要在接收器輸入的每個(gè)差分對(duì)上連接一個(gè)100Ω的電阻，以匹配電纜的差分模式特性阻抗。
• 去耦電容：建議在每個(gè)VCC和接地平面之間使用三個(gè)并聯(lián)的去耦電容，以減少開(kāi)關(guān)噪聲的影響。
• 時(shí)鐘抖動(dòng)：確保發(fā)送器的輸入時(shí)鐘為干凈的低噪聲信號(hào)，以減少時(shí)鐘抖動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)采樣的影響。
• 電源排序和關(guān)斷模式：發(fā)送器的輸出在電源達(dá)到2V之前保持三態(tài)，時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸出在VCC達(dá)到3V且電源關(guān)斷引腳高于1.5V后10ms開(kāi)始切換。

總結(jié)

DS90CR287/DS90CR288A芯片組以其高性能、低功耗、良好的兼容性和豐富的特性，為高速數(shù)據(jù)傳輸提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和條件，合理選擇芯片的工作參數(shù)和外圍電路，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮各種因素，如電纜選擇、電路板布局、時(shí)鐘抖動(dòng)等，以提高系統(tǒng)的性能。你在使用這類芯片組時(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。