低抖动高鲁棒性的高速差模信号传输——LVDS缓冲

LVDS，低电压差分信号，是一种低功耗、低误码率、低串扰和低辐射的差分信号技术，该传输技术可以达到155Mbps以上。在工业应用中，这种差分信号有非常广泛地使用。但是，对于高速信号传输，会出现阻抗不连续的问题，使得传输性能变差。

这时候，采用LVDS缓冲器来驱动和接收底板上传来的信号。它会将信号传输路径再细分为很短的区段，以遮蔽阻抗误配的问题，并减少信号衰减。而且在类似机器人这种工业应用中，通常都需要将LVDS缓冲器隔离起来，避免安全风险。

ADI LVDS

ADI的隔离式LVDS将施加于LVDS接收器输入端的差分信号通过隔离栅耦合到另一侧的输出端并将位流或时钟作为LVDS重新发射，这种全面集成高性能隔离技术下的LVDS缓冲器呈现出高鲁棒性。iCoupler，我们熟知的ADI的隔离技术在LVDS中也有深度应用。

（图源：ADI）

上图两个型号是工业机器人中常用的隔离式LVDS缓冲器，iCoupler为其提供电气隔离。ADN4654是信号隔离式低电压差分信号（LVDS）缓冲器，能够以低抖动在高达1.1 Gbps的数据速率下运行。

在低抖动下，器件能以1.1 Gbps的任意数据速率进行切换，最高数据速率时总抖动在90ps左右。随机抖动值为2.6ps rms，整个器件的传播延迟很低，仅为4ns，非常适合于无缝隔离具有－75dB电源纹波抑制的LDVS网络节点。

从隔离上来看，器件提供±8 kV IEC 61000-4-2 ESD跨隔离栅保护，其共模瞬变抗扰度不算特别高，大于25kV/μs。器件提供了5kV rms隔离和3.75kV rms隔离两种选择，在模拟前端、数据平面、高速时钟上都能进行有效的电气隔离，不同的是封装选择，5 kV rms隔离是20引脚宽体SOIC_W封装，3.75 kV rms隔离是20引脚SSOP封装。

TI LVDS

TI的隔离LVDS在高压工业系统中有不错的口碑，有三个优势点，即高电磁抗扰度、低辐射与低功耗。

（图源：TI）

TI的LVDS缓冲器都采用了双通道的增强隔离，隔离电压为8000 VPK。信号传输速率在50Mbps至150Mbps之间，并针对直流均衡数据进行了优化。具体来说，器件的定时性能针对与通信系统结合使用进行了优化，通信采用通过内部失真校正方案实现的直流均衡数据流。

器件的传播延迟不算特别低，有17ns，但其电磁兼容性EMC与大于±100kV/μs的CMTI均是行业顶级。同时凭借创新的芯片设计和布线技术，器件的电磁兼容性得到了显著增强，从而可确保提供系统级 ESD、EFT 和浪涌保护并符合辐射标准。整个系统可承受的隔离浪涌电压高达 12800 VPK，稳定性是毋庸置疑的。

低功耗则体现在当信号处于最大传输速率时，每个通道的电流典型值不超过10.3mA。封装上器件有16引脚小外形尺寸集成电路（SOIC）宽体（DW）和超宽体（DWW）封装选择。

安森美 LVDS

安森美的LVDS缓冲器并没有直接进行对器件进行隔离，因此在抖动上做得更低，相关指标也更高一些，毕竟隔离的应用肯定会影响器件的相关性能。

以比较经典的双AnyLevel系列中的NB4N855S为例，作为LVDS缓冲器，它能够将AnyLevel的输入信号转换为LVDS。根据距离、系统设计抗扰性和传输线缆介质的不同，最高数据速率为1.5 Gb/s。NB4N855S具有较宽的输入共模范围，GND + 50 mV 至 VCC - 50 mV。此功能适用于将差分或单端数据或时钟信号转换为350 mV典型LVDS输出电平。

这个系列能保证输入时钟频率高达1.0GHz，最大的传播延迟仅仅只有490ps，最大RMS抖动也仅有1.0ps。不添加隔离的情况下延迟与抖动都能做到极致，当然采不采用隔离就看实际应用了。

这类器件采用小型10引线MSOP封装。主要应用在抖动和封装尺寸要求的高速逻辑接口上。

小结

无论是否采用隔离，低抖动高鲁棒性的高速差模信号都是必需的。在工业应用上，隔离式LVDS还是在安全上有更多保证，虽然牺牲了传播延迟、抖动等性能，但是工业应用安全仍然是最重要的。