ADI实验室电路:隔离式LVDS接口电路

电路功能与优势

低压差分信号（LVDS）是低功耗、高速、点对点通信的既定 标准（TIA/EIA-644）。它用于在仪器仪表和控制应用中通过 背板或短电缆链路传输大量数据，或分配高速时钟至应用 电路的不同部分。

图1所示电路表示LVDS接口的隔离。隔离LVDS接口的好处 有：保护器件免受故障影响（安全隔离），以及增加鲁棒性 （功能隔离）。

ADuM3442为 ADN4663 LVDS驱动器的逻辑输入以及 ADN4664LVDS驱动器的逻辑输出提供数字隔离。除了使用ADuM5000提供隔离式电源，在工业和仪器仪表应用中隔 离LVDS链路还面临着许多挑战，包括：

逻辑信号与LVDS驱动器/接收器隔离、确保电路总线端 的标准LVDS通信。

高度集成的隔离仅使用两个额外的宽体SOIC器件 ADuM3442 和 ADuM5000）来隔离标准LVDS器件 ADN4663 和ADN4664）。

与传统隔离（光耦合器）相比功耗更低。LVDS应用的特性 之一是低功耗工作。

多通道隔离。LVDS应用中，使用并行通道以尽量增大 数据吞吐量。本电路演示4通道隔离（本实例中采用两条 发射通道和两条接收通道）。

工作速度高；最高工作速度达150 Mbps，轻松满足基本 LVDS的速度要求。

图1所示电路隔离了一个双通道LVDS线路驱动器和一个双 通道LVDS接收器。它可在单电路板上实现两条完整的发 射和接收路径。

图1. 隔离式LVDS接口电路（原理示意图，未显示所有连接）

电路描述

隔离式LVDS的应用包括安全隔离和/或电路板间、背板和 印刷电路板（PCB）通信链路的功能隔离。例如当LVDS背板 系统的一个或多个插卡有遭受高电压瞬变的风险时，便可 使用安全隔离。隔离LVDS接口可确保这类故障条件不影 响系统中的其他电路。某些情况下使用功能隔离很有效， 例如测量设备。若在ADC和FPGA之间隔离LVDS链路，则 可提供浮动的接地层，提升测量数据的完整性，并降低来 自应用的其他部分的干扰。

图2表示隔离式LVDS接口电路，它隔离两个发射通信通道 （CMOS/TTL至LVDS）和两个接收通道（ LVDS至 CMOS/TTL）。隔离信号的数据速率最高可达150Mbps，此 速率下还可保持 ADuM3442 的最大脉冲宽度失真规范。

图2. 隔离式LVDS接口电路

逻辑电平可施加于IN1和IN2，并且被 ADuM3442隔离。 ADuM3442对应的输出（DIN1和DIN2测试引脚）连接至ADN4663 LVDS驱动器，以便在DOUT1+、DOUT1−和 DOUT2+、DOUT2−上建立LVDS信号。

ADN4664 LVDS接收器可在RIN1+、RIN1−和RIN2+、RIN2− 上接收LVDS信号。接收器输出（ROUT1、ROUT2测试引 脚）连接至 ADuM3442，以便隔离信号。ADuM3442对应的 逻辑输出为OUT1和OUT2。

电路通过连接VDD1从逻辑端供电。电源可以是3.3 V或5 V， 为ADuM3442（电路信号隔离）的逻辑端供电或为ADuM5000 供电，ADuM5000则为电路总线端提供隔离式电源。

ADuM5000 ADuM5000的输出VISO可为LVDS驱动器（ ADN4663） 和LVDS 接收器（ ADN4664） 以及 ADuM3442的总线端提供3.3 V电源。

采用了 AN-0971 应用笔记“isoPower器件的辐射控制建议”指 南中的描述进行电路布局。此外，该布局针对高速差分信 号优化。LVDS输入/输出走线长度匹配，并具有50Ω的对地 阻抗（差分对之间的阻抗为100Ω）。每对测试点与驱动器/接 收器同样距离匹配。多个接地过孔排列在走线旁边以增加 高速工作时的信号完整性。

LVDS的输入RIN1+、RIN1−和RIN2+、RIN2−连接100Ω的 端电阻（R1、R2）。将任意连接到DOUT1+、DOUT1−和 DOUT2+、DOUT1−的总线接收端进行端接。

电源和接地通过螺旋电缆连接器互相连接（VDD1和 GND1）。逻辑输入（IN1、IN2）/输出（OUT1、OUT2）通过4 个SMB连接器互相连接。总线信号通过8个SMB连接器以相 似的方式连接。它们通过走线以对地50Ω的阻抗连接LVDS 驱动器（ADN4663） 和接收器（ ADN4664） 。

电路评估与测试

若要对隔离式LVDS接口电路板供电，在VDD1上施加3.3V 或5V电源。检查VDD2测试点的电压水平以测试该电路是 否正确供电。该测试点是 ADuM5000提供的隔离式电源， 额定值应为3.3V或5V。

完整的发射和接收通道可通过将LVDS输出的一条通道连接至LVDS输入的一条通道进行测试。例如，要测试通道1，则：DOUT1+与RIN1+相连；DOUT1-与RIN1-相连；连接可使用SMB至SMB导联。

信号发生器或模式发生器可连接至IN1，并且OUT1测试点（或OUT1连接器）的输出必须匹配输入。测试设置如图3所示。

图3. 发射和接收通道1的测试设置

图4中的示波器曲线图表示IN1、RIN1+、RIN1−和OUT1的测试波形，测试时在IN1上采用50 Mbps时钟信号，DIN1+和RIN1+、DIN1−和RIN1−之间采用90cm屏蔽导联。

图4. 50 Mbps信号时，IN1、RIN1+、RIN1−和OUT1的示波器曲线图

测量时在LVDS总线上使用低电容探头（《1pF）。当数据速率 更高时，可在LVDS输出和输入间使用更短的电缆。