SN65LVDS1、SN65LVDS2和SN65LVDT2：高速差分线驱动与接收的理想之选

引言

在电子工程师的日常设计工作中，高速、低功耗且抗干扰能力强的信号传输方案一直是追求的目标。德州仪器（TI）的SN65LVDS1、SN65LVDS2和SN65LVDT2系列单通道低电压差分信号（LVDS）驱动器和接收器，凭借其出色的性能和丰富的特性，成为了众多应用场景中的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这些器件。

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器件概述

基本特性

• 标准兼容性：这些器件满足或超越了ANSI TIA/EIA - 644标准，确保了信号传输的规范性和可靠性。
• 高速率信号传输：驱动器的信号速率最高可达630 Mbps，接收器最高可达400 Mbps，能够满足大多数高速数据传输的需求。
• 宽电源电压范围：可在2.4 - 3.6 V的电源电压下工作，为不同的电源设计提供了灵活性。
• 低功耗与低辐射：典型输出电压为350 mV，在100 - Ω负载下，有效降低了功耗和电磁辐射。
• 高ESD保护：总线终端的ESD超过9 kV，增强了器件在复杂电磁环境下的稳定性。
• 快速传播延迟：驱动器典型传播延迟时间为1.7 ns，接收器为2.5 ns，保证了信号的快速响应。

应用场景

该系列器件广泛应用于无线基础设施、电信基础设施和打印机等领域，为这些设备的高速数据传输提供了有力支持。

器件信息

部件编号	封装	主体尺寸（标称）
SN65LVDS1	SOIC (8)	4.90 mm × 3.91 mm
	SOT (5)	2.90 mm × 1.60 mm
SN65LVDS2	SOIC (8)	4.90 mm × 3.91 mm
	SOT (5)	2.90 mm × 1.60 mm
SN65LVDT2	SOIC (8)	4.90 mm × 3.91 mm
	SOT (5)	2.90 mm × 1.60 mm

详细特性分析

SN65LVDS1驱动器特性

• 输出电压与上电复位：在2.6 - 3.6 V的电源电压范围内，驱动器能满足所有指定的性能要求。当电源电压低于1.5 V时，上电复位电路会将驱动器输出设置为高阻抗状态，确保系统的安全性。
• 驱动偏移：通过感测电路和控制回路，将输出共模电压保持在1.2 V（±75 mV），保证了信号的稳定性。
• 5 - V输入容限：即使输入信号高达5 V，驱动器仍能正常工作，兼容3.3 - V和5 - V的TTL逻辑标准。
• NC引脚处理：为了实现最佳的热性能，建议在电路板级别将NC引脚接地。
• 等效原理图：输入级采用CMOS反相器和7 - V齐纳二极管，提供ESD保护；输出级为差分对，近似为恒流源，确保了信号的有效传输。

SN65LVDS2和SN65LVDT2接收器特性

• 开路故障安全：当接收器输入开路时，通过300 - kΩ电阻将信号线拉至(V_{CC})，并通过与门检测该条件，将输出强制为高电平，提高了系统的可靠性。
• 输出电压与上电复位：在不同的电源电压范围内，接收器的高电平输出电压有不同的最小值。当电源电压低于1.5 V时，上电复位电路将接收器的输入和输出引脚设置为高阻抗状态。
• 共模范围与电源电压：输入共模范围与电源电压有关，在0 V至电源轨以下0.8 V的范围内，接收器能满足所有要求。
• 通用比较器功能：只要输入信号在规定的差分和共模电压范围内，接收器输出就能忠实反映输入信号。
• 等效原理图：输入为高阻抗差分对，输出为CMOS反相器，并带有齐纳二极管进行ESD保护。

应用与设计要点

点对点通信

• 设计要求
  • 电源电压：驱动器和接收器的电源电压范围均为2.4 - 3.6 V。
  • 输入电压：驱动器输入电压为0.8 - 5.0 V，接收器输入电压为0至(V_{CC}) - 0.8 V。
  • 信号速率：驱动器和接收器的信号速率均为DC至400 Mbps。
  • 互连特性阻抗：100 Ω。
  • 终端电阻：100 Ω。
  • 接收器节点数量：1个。
  • 接地偏移：驱动器和接收器之间的接地偏移为±1 V。
• 设计步骤
  • 电源选择：根据实际需求选择合适的电源电压，但需注意低电源电压可能会降低噪声裕量。
  • 旁路电容：使用多层陶瓷芯片或表面贴装电容，降低引线电感，确保电源的稳定性。
  • 输入电压：注意输入电压范围和决策阈值，避免出现占空比失真。
  • 互连介质：选择合适的互连介质，如双绞线、扁平带状电缆或PCB走线，确保其特性阻抗符合要求。
  • 终端电阻：将终端电阻与传输线的特性阻抗匹配，并尽可能靠近接收器放置。

多点通信

• 设计要求：与点对点通信类似，但接收器节点数量为2 - 32个。
• 设计步骤
  • 互连介质：多点系统的互连需要更谨慎的设计，注意信号反射和阻抗匹配问题。
  • 终端电阻：仅在传输线的末端放置终端电阻，避免多个接收器同时使用集成终端电阻导致信号失真。

布局与电源建议

布局指南

• 微带与带状线拓扑：建议优先使用微带传输线，以减少信号的辐射和干扰。
• 介质类型与电路板构造：根据信号速度选择合适的介质，如FR - 4或具有较低介电常数的材料。同时，注意电路板的铜重量、镀层厚度和阻焊层等参数。
• 堆叠布局：采用至少两层独立的信号平面，减少TTL/CMOS与LVDS之间的串扰。常见的六层板布局能提供更好的信号完整性，但成本相对较高。
• 走线间距：使用3 - W规则，确保相邻走线之间有足够的间距，减少串扰。同时，避免使用自动布线器时出现的信号不连续问题。
• 串扰与接地反弹最小化：提供靠近信号源的高频电流返回路径，使用接地平面降低串扰和接地反弹。
• 去耦：使用低电感的旁路电容，并将其放置在靠近(V_{DD})引脚的位置，扩展其工作频率范围。

电源建议

使用单一电源为驱动器和接收器供电，电源电压范围为2.4 - 3.6 V。在不同电路板或设备中，可使用独立的电源，但要确保驱动器和接收器之间的接地电位差小于±1 V。同时，在电路板和设备级别使用旁路电容，提高电源的稳定性。

总结

SN65LVDS1、SN65LVDS2和SN65LVDT2系列器件以其高速、低功耗、高抗干扰和宽电源电压范围等优势，为电子工程师提供了一个可靠的高速差分信号传输解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用场景和设计要求，合理选择器件参数、布局和电源方案，以确保系统的性能和稳定性。大家在使用这些器件的过程中，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。