使用低压差分信号LVDS进行高速信号分配

ANSI EIA/TIA-644 低压差分信号 （LVDS） 标准非常适合各种应用，包括时钟分配、点对点和点对多点信号分配。本文介绍使用LVDS信令将高速通信信号分发到不同目的地的方法。

低压差分信号（LVDS）非常适合各种应用，包括时钟分配和点对多点信号分配。本说明介绍了将高速信号分发到不同目的地的方法。

时钟分配在数字系统中非常重要，因为数字系统需要不同的子系统使用相同的时钟参考。例如，在大多数情况下，基站的DSP部分必须与射频信号处理部分同步，锁相环（PLL）产生所需的本地振荡器频率，模数转换器锁定到中央时钟参考。此外，当使用包含无线电接收器的应用时，时钟（和信号）必须以尽可能低的发射水平分配，以避免干扰低电平信号路径。

当将高速信号分配到不同的目的地时，可以采用各种策略。两种方法代表了您找到策略范围的极端情况：一种，从单一来源/驱动因素驱动所有目的地（称为“多点分布”）;第二，为每个目标使用单独的驱动程序（称为“多点对点分布”）。 图 1 显示了这两种分布类型与两种典型技术之间的差异。在多点分配中，具有足够驱动能力的驱动器驱动所有接收器和中间介质（电缆、连接器、背板）。总线通常以其特性阻抗端接在最终接收器处。必须努力使总线上的所有“存根”或分支尽可能短，以避免可能的信号完整性问题。在当今的高密度印刷电路板上，控制短截线长度并不总是那么简单。

图1.多点信号分配允许一个发射器和多个接收器之间进行通信，而多个点对点信号分配不需要调谐短截线，消除了这些短截线可能产生的干扰。

相比之下，多点对点策略采用多个驱动器，只需为点对点操作指定这些驱动器，因为每个驱动器都与单个本地端接接收器通信。通过这种方案，减少了信号完整性的问题，以确保介质的阻抗尽可能均匀;消除了存根可能造成的干扰。

可用于多点对点信号分配的IC是新型MAX9150低抖动10端口LVDS中继器，将在以下章节中介绍。

MAX9150 LVDS中继器的特性

MAX9150适合需要高速数据或时钟分配的应用，同时最大限度地降低功耗和电路板空间以及产生的噪声。图2中的IC接受单个LVDS输入，并在10个LVDS输出中的每一个输出上复制该输入。

图2.MAX9150中继器将输入端接收到的LVDS信号分配到多达9110个位置。MAX9111将施加于其输入端的CMOS信号转换为LVDS信号。MAX<>将大量相同的LVDS信号转换为CMOS电平。

MAX9150的输入接受100至1.0V输入电压范围内幅度低至2mV、高至4V的差分信号。其输出使用电流导引电路产生 5mA 至 9mA 输出电流。外部阻性端接决定差分信号摆幅的大小，因为MAX9150提供电流输出。每个差分输出旨在驱动50Ω，允许在传输线上点对点分配信号，每端有100Ω端接。该器件表现出最大120ps的峰峰值抖动（确定性和随机性），可确保在对时序误差敏感的高速链路上进行可靠通信，尤其是那些包含嵌入式时钟信息的链路。其高速开关保证了 400Mbps 的数据速率和小于 100ps 的通道间偏斜。MAX9150工作在3.3V电压，在160Mbps时最大功耗为400mA。低功耗停机模式可将电源电流减小至 60μA，而故障安全功能可在输入未驱动和开路、端接或短路时将输出设置为高电平。

表1给出了MAX9150的一些关键参数。

表 1.MAX9150的低抖动体现了其出色的性能。
 

 

参数	价值
差分传播延迟	2.2纳秒
总峰峰值抖动	20点
差分输出至输出偏斜（相同器件）	40点
上升/下降时间	220点
最大输入频率	最低 400Mbps

 

其他 Maxim LVDS 电路

下表2列出了其他Maxim LVDS IC。这些器件可与MAX9150配合使用，也可作为独立器件使用。图2所示为其中两个器件用于支持MAX9150的示例。MAX9110将CMOS电平信号转换为LVDS电平，为MAX9150供电。在传输线末端，MAX9111微型SOT23接收器将LVDS信号转换回CMOS电平。

表 2.Maxim提供多种LVDS IC，包括接收器、驱动器、中继器、交叉点开关和总线串行器。
 

 

部分	描述
MAX9111/3	具有超低脉冲的单/双LVDS线路接收器 SOT23 中的偏斜
MAX9110/2	具有超低脉冲偏斜的单/双LVDS线路驱动器 在 SOT23 中
MAX9150	低抖动、10 端口 LVDS 中继器
MAX9115	SC70中的单LVDS线路接收器
MAX9121/2	四通道LVDS接收器，带直通式引脚排列和集成 终止
MAX9124	四路LVDS线路驱动器
MAX9125/6	带集成端接的四通道LVDS线路接收器
MAX9152	800Mbps LVDS/LVPECL 至 LVDS 交叉点交换机
MAX9205/7	总线 LVDS 串行器

 

结论

当信令速度达到数十和数百MHz时，LVDS器件通常是实现该信令的更好选择，而不是TTL。其差分特性提高了其对共模噪声的抗扰度，并降低了其产生的噪声。它通常也比其他信号系统（如 ECL 和 CML）消耗更少的功率;但是，消耗的功率通常取决于所使用的端接技术。基于LVDS技术的集成电路在许多应用中都很有用，包括以高达400Mbps或更高的速度分配时钟和串行数据信号。此处所示的特定Maxim器件以低抖动分配这些信号，同时产生很少的噪声，同时消耗适量的功率。这里展示了两种信号分布技术：多点分布和多点对点分布。每种技术都有其优点和缺点。

MAX9150中继器是高速数据或时钟分配系统的核心，以本文为例。其他Maxim LVDS器件，如线路驱动器和多线路接收器，完善了整个系统。Maxim还提供LVDS交叉点开关和总线串行器。

审核编辑：郭婷