SN65LVDxx高速差分线路驱动器和接收器：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，高速差分线路驱动器和接收器是实现高效数据传输的关键组件。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的SN65LVDxx系列产品，包括SN65LVDS1、SN65LVDS2和SN65LVDT2，了解它们的特性、应用场景以及设计过程中的注意事项。

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产品概述

SN65LVDxx系列是单通道、低压差分信号（LVDS）线路驱动器和接收器，采用小外形晶体管封装。这些器件满足或超越ANSI TIA/EIA - 644标准，适用于高速数据传输，具有低功耗、低电磁辐射和高静电放电（ESD）耐受性等优点，非常适合电池供电的应用。

特性亮点

高速信号传输

• 驱动能力：驱动器的信号速率最高可达630 Mbps，能够满足大多数高速数据传输的需求。
• 接收能力：接收器的信号速率最高可达400 Mbps，确保数据的准确接收。

宽电源电压范围

器件可在2.4 V至3.6 V的电源电压下工作，为设计提供了更大的灵活性。

低功耗与低电磁辐射

• 低功耗：驱动器在200 MHz时的典型功耗为25 mW，接收器为60 mW，有效降低了系统的能耗。
• 低电磁辐射：低差分输出电压和差分信号特性，使得器件的电磁辐射较低，减少了对周围环境的干扰。

高ESD耐受性

总线终端的ESD超过9 kV，增强了器件在复杂电磁环境下的可靠性。

快速传播延迟

• 驱动器：典型传播延迟时间为1.7 ns，确保信号的快速传输。
• 接收器：典型传播延迟时间为2.5 ns，保证数据的及时处理。

应用场景

点对点通信

这是LVDS缓冲器最基本的应用场景，适用于芯片到芯片、板到板或机架到附近机架之间的数字数据传输。在这种应用中，驱动器将单端输入信号转换为差分信号，通过100 - Ω的平衡互连介质进行传输，接收器再将差分信号转换为单端信号。设计时需要注意以下要点：

• 电源电压：驱动器和接收器的电源电压范围为2.4 V至3.6 V，不同的电源电压会影响驱动器的输出电压和噪声裕量。
• 旁路电容：为了减少电源噪声，需要在驱动器和接收器的电源引脚附近使用旁路电容。建议使用多层陶瓷芯片或表面贴装电容，以降低电感值。
• 互连介质：可以使用双绞线、双轴线、扁平带状电缆或PCB走线等平衡配对金属导体作为互连介质，其特性阻抗应在100 Ω至120 Ω之间，变化不超过10%。
• 终端电阻：终端电阻应与传输线的特性阻抗匹配，通常为100 Ω，并且应尽可能靠近接收器放置，以减少反射。

多点通信

在多点拓扑结构中，一个驱动器和一个共享总线连接多个接收器（最多32个）。这种应用场景需要特别注意互连介质的设计：

• 总线布局：驱动器应位于总线的一端，以简化设计，但会牺牲一定的灵活性。如果需要将驱动器重新定位在总线的其他位置，可能会导致信号反射问题。
• 分支短截线：每个分支节点都会产生短截线，应尽量减小短截线的长度，以避免局部改变总线的负载阻抗。
• 终端电阻：总线的远端需要使用终端电阻来吸收入射波，确保信号的正常传输。

设计要点

电源供应

驱动器和接收器都可以使用2.4 V至3.6 V的单电源供电。在实际应用中，驱动器和接收器可能位于不同的电路板或设备上，因此需要使用独立的电源。同时，要注意电源之间的接地电位差应小于±1 V，并使用板级和局部设备级的旁路电容来减少电源噪声。

PCB布局

• 传输线拓扑：建议优先使用微带线传输LVDS信号，因为它在高速传输时具有较好的性能。如果需要使用带状线，应注意其额外的电容效应。
• 介质选择：对于大多数LVDS信号，FR - 4或等效的介质通常可以提供足够的性能。如果信号的上升或下降时间小于500 ps，则建议使用介电常数接近3.4的材料，如Rogers™4350或Nelco N4000 - 13。
• 堆叠布局：为了减少TTL/CMOS信号与LVDS信号之间的串扰，建议使用至少两层独立的信号层。常见的堆叠配置包括四层板和六层板，六层板可以提供更好的信号完整性，但制造成本较高。
• 走线间距：LVDS差分对的走线应紧密耦合，以实现电磁场的抵消，降低噪声耦合。同时，要注意避免相邻走线之间的串扰，可以使用3 - W规则来确定走线间距。
• 串扰和接地反弹：为了减少串扰，应提供尽可能靠近信号源的高频电流返回路径，通常使用接地平面来实现。同时，要避免接地平面的不连续性，以降低接地反弹的影响。
• 去耦：每个高速设备的电源或接地引脚应通过低电感路径连接到PCB，建议使用过孔将引脚直接连接到附近的平面。旁路电容应靠近VDD引脚放置，以减少环路面积。

总结

SN65LVDxx系列高速差分线路驱动器和接收器为高速数据传输提供了可靠的解决方案。通过了解其特性、应用场景和设计要点，我们可以在实际设计中充分发挥这些器件的优势，实现高效、稳定的数据传输。在设计过程中，我们还需要根据具体的应用需求进行合理的选择和优化，以确保系统的性能和可靠性。你在使用类似器件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。