高速差分线驱动器SN65LVDS31-EP的特性与应用解析

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的高速差分线驱动器至关重要。今天，我们就来详细探讨一下德州仪器（TI）的SN65LVDS31 - EP高速差分线驱动器，看看它有哪些独特的特性和应用场景。

文件下载：sn65lvds31-ep.pdf

一、SN65LVDS31 - EP的特性亮点

1. 电气特性优越

• 符合标准：该驱动器满足或超越ANSI TIA/EIA - 644标准的低电压差分信号（LVDS）要求。在典型的100 - Ω负载下，输出电压为350 mV，这种低电压差分信号技术相较于传统的5 - V差分标准（如TIA/EIA - 422B），能有效降低功耗，提高开关速度，并且可以在3.3 - V单电源下工作。
• 快速的上升和下降时间：典型的输出电压上升和下降时间为500 ps（在400 Mbps时），能够实现高速的数据传输。
• 低传播延迟：典型的传播延迟时间仅为1.7 ns，确保信号能够快速准确地传输。

2. 电源与功耗优势

• 单电源供电：仅需一个3.3 - V的电源，简化了电路设计，降低了电源管理的复杂度。
• 低功耗：在200 MHz时，每个驱动器的典型功耗仅为25 mW，有助于降低整个系统的功耗。

3. 可靠性与保护设计

• 高阻抗状态：当驱动器禁用或$V_{CC}=0$时，驱动器处于高阻抗状态，避免对总线产生不必要的干扰。
• ESD保护：总线终端的静电放电（ESD）保护超过8 kV，增强了设备在复杂电磁环境下的可靠性。

4. 兼容性与适用性

• 逻辑输入兼容性：采用低电压TTL（LVTTL）逻辑输入电平，并且引脚与AM26LS31、MC3487和μA9638兼容，方便工程师进行替换和升级。
• 多领域应用支持：适用于国防、航空航天和医疗等对可靠性要求极高的应用领域，具备受控基线、单一组装/测试地点、单一制造地点等特点，并且可在 - 55°C至125°C的军事温度范围内工作，拥有延长的产品生命周期和产品变更通知，以及产品可追溯性。

二、工作原理与应用场景

1. 工作原理

SN65LVDS31通过实现低电压差分信号的电气特性，将数据以差分信号的形式传输。当驱动器启用时，它能够在100 - Ω负载下提供最小247 mV的差分输出电压幅度。这种差分信号传输方式具有抗干扰能力强、功耗低等优点。

2. 应用场景

• 点对点和多点数据传输：适用于在约100 Ω的受控阻抗介质（如印刷电路板走线、背板或电缆）上进行点对点和多点（一个驱动器和多个接收器）的数据传输。数据传输的最终速率和距离取决于介质的衰减特性以及环境噪声的耦合情况。
• 与其他标准的互操作性：可以与RS - 422、PECL和IEEE - P1596等标准进行互操作，使得驱动器/接收器能够接近ECL速度，同时无需ECL的高功率和双电源要求。

三、关键参数与性能指标

1. 绝对最大额定值

参数	数值	单位
$V_{CC}$（电源电压范围）	- 0.5V至4V	V
$V_{i}$（输入电压范围）	- 0.5V至$V_{CC}+0.5$V	V
连续总功耗	见功耗评级表
引脚温度（距外壳1.6 mm，10秒）	260°C	°C
$θ_{JA}$（结到环境的热阻）	73°C/W	°C/W
$θ_{JC}$（结到外壳的热阻）	36.9°C/W	°C/W
$T_{stg}$（存储温度范围）	- 65°C至150°C	°C

2. 推荐工作条件

参数	最小值	典型值	最大值	单位
$V_{CC}$（电源电压）	3	3.3	3.6	V
$V_{IH}$（高电平输入电压）	2			V
$V_{IL}$（低电平输入电压）			0.8	V
$T_{A}$（工作环境温度）	- 55		125	°C

3. 电气特性

在工作环境温度范围内，SN65LVDS31具有一系列优秀的电气特性，如差分输出电压幅度、共模输出电压、输入电流、短路输出电流等。例如，在典型条件下，差分输出电压幅度为340 mV，高电平输入电流最大为20 μA等。

4. 开关特性

包括传播延迟时间、上升和下降时间、脉冲偏斜和通道间输出偏斜等参数。例如，低到高电平输出的传播延迟时间典型值为1.4 ns，高到低电平输出的传播延迟时间典型值为1.7 ns。

四、应用电路与设计注意事项

1. 典型应用电路

在典型的应用电路中，需要在$V{CC}$和接地平面之间放置一个0.1 - μF和一个0.001 - μF的Z5U陶瓷、云母或聚苯乙烯介质的0805尺寸芯片电容器，并且电容器应尽可能靠近设备端子。未使用的使能输入应根据需要连接到$V{CC}$或GND。

2. 冷备用配置

在使用冷备用的系统中，冗余设备在未供电的情况下电气连接。为了支持这种配置，备用设备必须对系统呈现高输入阻抗，以免消耗过多功率。在冷备用时，设备上电前后和期间都可能对I/O施加电压，因此设备断电时，$V_{CC}$必须钳位到地，并且施加的I/O电压必须在规定的推荐工作条件范围内。

五、总结

SN65LVDS31 - EP高速差分线驱动器凭借其优越的电气特性、低功耗、高可靠性和良好的兼容性，成为了高速数据传输应用中的理想选择。无论是在国防、航空航天还是医疗等领域，它都能够为工程师提供稳定可靠的解决方案。在实际设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择工作条件和设计电路，以充分发挥该驱动器的性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。