深入剖析SN65LVDS311：可编程27位显示串行接口发射器的卓越性能与应用

在电子工程师的日常工作中，选择合适的接口器件对于整个系统的性能和稳定性起着至关重要的作用。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）推出的SN65LVDS311，这是一款可编程27位显示串行接口发射器，其凭借丰富的特性和灵活的功能，广泛应用于摄像头、嵌入式计算机等领域。

文件下载：sn65lvds311.pdf

一、产品特性亮点

1. 时钟处理与数据传输

在传输数据时，SN65LVDS311的锁相环（PLL）会锁定输入的像素时钟PCLK，并以数据线的线速率生成内部高速时钟。并行数据在PCLK的上升沿被锁存，序列化后的数据通过串行输出D0、D1、D2呈现，同时还会从内部高速时钟重新生成像素时钟PCLK，并在CLK输出端输出。若输入时钟PCLK停止，设备会自动进入待机模式以节省功耗。

2. 小巧封装与低功耗设计

这款产品采用了仅2.8×2.8mm的小巧封装，非常适合对空间要求较高的应用场景。同时，它具备多种低功耗模式，如活动模式下QVGA功耗典型值为17.4mW，VGA功耗典型值为28.8mW；关机模式和待机模式的电流消耗典型值均约为0.5μA，有效降低了系统的整体功耗。

3. 丰富的数据传输能力

SN65LVDS311能够通过1、2或3条差分线传输24位RGB数据、3位控制位、1位奇偶校验位和2位保留位，满足不同应用场景下的数据传输需求。此外，它还支持SubLVDS差分电压电平，确保了数据传输的稳定性和可靠性。

4. 高ESD防护与宽时钟范围

该器件的ESD等级大于3kV（HBM），具有良好的静电防护能力，能有效保护设备免受静电干扰。其像素时钟范围为4MHz - 65MHz，可适应多种不同的显示分辨率和刷新率要求。

5. 故障安全保护机制

所有CMOS输入均具备故障安全功能，可在电源开启期间保护输入免受损坏，并避免电流流入设备输入，提高了系统的可靠性和稳定性。

二、功能详细解析

1. 序列化模式

SN65LVDS311的发射器有三种操作模式，由链路选择引脚LS0和LS1控制，具体如下表所示：	LS1	LS0	模式	操作模式	数据链路状态
0	0	1ChM	1通道模式（30位序列化速率）	D0激活；D1、D2高阻抗
0	1	2ChM	2通道模式（15位序列化速率）	D0、D1激活；D2高阻抗
1	0	3ChM	3通道模式（10位序列化速率）	D0、D1、D2激活
1	1		保留	保留

• 1通道模式：当LS0和LS1均为低电平时，设备通过单个SubLVDS数据对D0传输有效负载数据。PLL锁定PCLK并将时钟内部乘以30，内部高速时钟用于在D0上序列化数据。该模式适用于较小的视频显示格式，如QVGA到HVGA，PLL可锁定4MHz - 15MHz范围内的时钟。
• 2通道模式：当LS0为高电平、LS1为低电平时，设备通过两个SubLVDS数据对D0和D1传输数据。PLL锁定PCLK并将其乘以15，内部高速时钟用于在D0和D1上序列化数据。此模式常用于HVGA和VGA显示，PLL可锁定8MHz - 30MHz范围内的时钟。
• 3通道模式：当LS0为低电平、LS1为高电平时，设备通过三个SubLVDS数据对D0、D1和D2传输数据。PLL锁定PCLK并将其乘以10，内部高速时钟用于在三个输出通道上序列化数据。该模式支持高分辨率显示，如VGA或XGA，PLL可锁定20MHz - 65MHz范围内的时钟。

2. 掉电模式

• 关机模式：当TXEN引脚置低时，SN65LVDS311进入关机模式，此时所有发射电路（包括CMOS输入、PLL、序列化器和SubLVDS发射器输出级）均关闭，所有输出呈高阻抗状态，电流消耗几乎为零。
• 待机模式：当TXEN为高电平且PCLK输入频率低于500kHz时，设备进入待机模式，除PCLK输入监视器外的所有电路均关闭，所有输出进入高阻抗模式，电流消耗极低。当PCLK输入信号完全停止时，IDD电流消耗小于10μA。需要注意的是，PCLK输入不能悬空。

3. 活动模式

• 获取模式（PLL接近锁定）：当TXEN为高电平且PCLK输入时钟信号频率高于3MHz时，PLL启用并尝试锁定输入时钟。在此期间，所有输出保持高阻抗状态，当PLL监视器检测到PLL稳定运行时，设备从获取模式切换到传输模式。为确保设备正常运行，像素时钟频率必须在推荐的PCLK范围内。
• 传输模式：PLL锁定后，设备进入正常传输模式。CLK引脚输出PCLK的副本，根据所选的操作模式，D0、D1和D2输出端传输序列化后的数据。在1通道模式下，D1和D2输出保持高阻抗；在2通道模式下，D2输出保持高阻抗。

4. 奇偶校验位生成

SN65LVDS311发射器会计算传输数据字的奇偶校验位，并相应地设置奇偶校验位。奇偶校验位涵盖24位像素数据加上VS、HS和DE共27位数据有效负载，两个保留位不参与奇偶校验生成。采用奇校验位信号，若27位数据位的和为偶数个1，则发射器设置奇偶校验位；否则清除奇偶校验位，以便接收器验证奇偶校验并检测单比特错误。

三、电气特性与性能指标

1. 绝对最大额定值

SN65LVDS311在不同的工作条件下有明确的绝对最大额定值，如电源电压范围为 -0.3V - 2.175V，任何输入或输出端子的电压范围在不同电源电压条件下也有相应限制。此外，其静电放电（ESD）等级在人体模型（HBM）下为 +3kV，带电设备模式（CDM）下为 +500V，机器模型（MM）下为 +200V。

2. 功耗特性

不同模式下的功耗特性是评估该器件性能的重要指标。在活动模式下，电流消耗取决于工作频率和数据有效负载中的数据转换次数。例如，在1通道模式下，当fPCLK = 4MHz时，典型电流消耗为9.0mA；在3通道模式下，当fPCLK = 65MHz时，典型电流消耗为29.1mA。关机模式和待机模式的电流消耗极低，分别约为0.55μA和0.61μA。

3. 输出和输入电气特性

输出电气特性方面，SubLVDS输出的稳态共模输出电压典型值为0.9V，差分输出电压幅值典型值为150mV等。输入电气特性方面，PCLK、RGB等输入的高电平输入电流和低电平输入电流在 -200nA - 200nA之间，输入电容典型值为1.5pF。

4. 开关特性

开关特性包括输出信号的上升时间和下降时间（典型值为250 - 500ps）、PLL带宽（与fPCLK相关）、传播延迟时间（与工作模式和fPCLK有关）等。这些特性对于确保数据的准确传输和系统的稳定性至关重要。

四、应用信息与设计建议

1. 防止控制输入泄漏电流

为避免CMOS输入悬空导致从VDD到GND的泄漏电流，所有CMOS输入必须连接到有效的逻辑电平VIH或VOL。这样不仅能保护设备，还能降低待机和掉电模式下的功耗。

2. 电源设计建议

对于多层PCB设计，建议在设备下方设置一个公共GND层，并将所有接地端子直接连接到该平面，以减少接地干扰和噪声。

3. 去耦建议

由于SN65LVDS311常与其他数字开关IC共享电源，为降低电源噪声，应在其电源引脚附近提供良好的去耦。推荐使用四个陶瓷电容（2×0.01μF和2×0.1μF），至少应安装一个0.1μF和一个0.01μF的电容，并尽量缩短去耦电容与IC电源输入引脚之间的走线长度，可将电容放置在PCB底部设备下方。

4. 典型应用案例

• VGA应用：SN65LVDS311可直接与集成FlatLink3G接收器的LCD驱动器接口，通过SPI接口配置显示。假设像素时钟速率为22MHz，考虑约10%的消隐开销和60Hz的显示刷新率，可实现24位颜色分辨率的VGA显示。
• 双LCD显示应用：该器件可用于驱动两个视频模式显示器，例如在像素时钟速率为5.5MHz时，数据速率为330Mbps，对应QVGA分辨率、60Hz刷新率和10%消隐开销的应用场景。

五、总结

SN65LVDS311作为一款可编程27位显示串行接口发射器，凭借其丰富的特性、灵活的操作模式、低功耗设计和良好的电气性能，为电子工程师在设计显示接口电路时提供了一个优秀的选择。无论是在小型视频显示设备还是高分辨率显示系统中，它都能发挥出色的性能。在实际应用中，工程师们应根据具体的设计需求，合理选择操作模式和电源配置，同时注意输入输出信号的处理和去耦设计，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用类似接口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。