探索SNx5LVDS3xx高速差分线路驱动器：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，高速数据传输一直是关键需求，而SNx5LVDS3xx系列高速差分线路驱动器在这方面表现出色。本文将深入探讨该系列驱动器的特性、应用场景以及设计过程中的关键要点。

文件下载：SN65LVDS391D.pdf

特性亮点

多通道与标准兼容

SNx5LVDS3xx系列包含4、8和16通道的线路驱动器，能满足或超越ANSI EIA/TIA - 644标准要求。这使得它在多种应用中都能稳定工作，为不同规模的数据传输提供了灵活的选择。

高速与低辐射

该驱动器专为高达630 Mbps的信号速率设计，同时具有极低的辐射（EMI）。低电压差分信号（LVDS）技术，典型输出电压为350 mV，搭配100 - Ω负载，能有效降低功耗并提高信号传输的稳定性。

低延迟与低偏斜

传播延迟时间小于2.9 ns，输出偏斜小于150 ps，器件间偏斜小于1.5 ns。这些特性确保了信号在传输过程中的精确性和同步性，对于高速同步并行数据传输至关重要。

低功耗与高阻抗

每个驱动器在200 MHz下的总功耗仅为35 mW，有效降低了系统的能耗。当驱动器禁用或$V_{CC}<1.5 V$时，处于高阻抗状态，避免了不必要的信号干扰。

ESD保护与封装优势

SN65版本的总线引脚ESD保护超过15 kV，增强了器件的可靠性。采用薄收缩小外形封装，引脚间距为20 mil，便于在紧凑的电路板上布局。

5 - V容限输入

低电压TTL（LVTTL）逻辑输入具有5 - V容限，可与5 - V和3.3 - V TTL逻辑标准兼容，提高了系统的兼容性和灵活性。

应用场景

通信基础设施

在无线和电信基础设施中，SNx5LVDS3xx可用于高速数据传输，确保信号的稳定和准确。其低功耗和高抗干扰能力，能有效提高系统的性能和可靠性。

打印机

在打印机中，该驱动器可用于数据和时钟信号的传输，实现精确的同步和高速打印。其多通道设计和低偏斜特性，能满足打印机对数据传输的严格要求。

详细描述

概述

SNx5LVDSxx器件是4、8和16通道的LVDS线路驱动器，采用单电源供电，标称电压为3.3 V，范围在3 V至3.6 V之间。输入信号为LVTTL信号，输出为符合LVDS标准（TIA/EIA - 644A）的差分信号。

功能框图

通过功能框图，我们可以清晰地看到器件的内部结构和信号流程，有助于理解其工作原理和设计思路。

特性描述

驱动器输出电压与上电复位

驱动器在3.0 V至3.6 V的电源电压范围内能满足所有性能要求。当电源电压低于1.5 V时，上电复位电路将驱动器输出设置为高阻抗状态，确保系统的稳定性。

5 - V输入容限

该驱动器能在输入信号高达5 V的情况下正常工作，兼容5 - V和3.3 - V TTL逻辑标准，为系统设计提供了更多的选择。

NC引脚处理

NC（未连接）引脚在电路板上应接地，以优化热性能。这是一个简单但重要的设计要点，能有效提高器件的可靠性。

未使用使能引脚处理

未使用的使能引脚应根据需要连接到$V_{CC}$或GND，避免信号干扰。

驱动器等效原理图

从等效原理图可以看出，驱动器输入采用CMOS反相器级和7 - V齐纳二极管，提供ESD保护。输出级为差分对，通过电流源控制输出负载电路，近似为恒流源。

器件功能模式

通过真值表，我们可以清楚地了解驱动器在不同输入和使能状态下的输出情况，为系统设计提供了重要的参考。

应用与实现

应用信息

该器件适用于点对点和多点基带数据传输，可用于印刷电路板（PCB）、背板或电缆等传输介质。与配套的接收器配合使用，可实现每秒超过2亿次的数据传输，且功耗极低。

典型应用

点对点通信

点对点通信是LVDS缓冲器最基本的应用场景，具有一个发送器（驱动器）和一个接收器。在设计时，需要考虑驱动器和接收器的电源电压、输入电压、信号速率、互连特性阻抗、终端电阻等参数。详细的设计步骤包括确定驱动器电源电压、旁路电容、输出电压、互连介质、PCB传输线、终端电阻等。

多点通信

多点拓扑结构中，一个驱动器和一个共享总线连接多个接收器。在设计时，需要特别注意互连介质的特性，如总线的负载分布、阻抗匹配等，以减少信号反射和干扰。

电源供应建议

SNx5LVDSxx驱动器和接收器可使用2.4 V至3.6 V的单电源供电。在实际应用中，驱动器和接收器可能位于不同的电路板或设备中，需要使用单独的电源。同时，应注意驱动器和接收器电源之间的接地电位差应小于±1 V，并使用板级和局部器件级旁路电容。

布局要点

微带与带状线拓扑

印刷电路板通常提供微带和带状线两种传输线选项。TI建议在可能的情况下，将LVDS信号路由在微带传输线上，以满足整体噪声预算和反射允许范围。

电介质类型与电路板构造

信号在电路板上的传输速度决定了电介质的选择。对于LVDS信号，FR - 4或等效材料通常能提供足够的性能。如果TTL/CMOS信号的上升或下降时间小于500 ps，建议使用介电常数接近3.4的材料，如Rogers™4350或Nelco N4000 - 13。

推荐堆叠布局

为了减少TTL/CMOS与LVDS之间的串扰，建议使用至少两个独立的信号层。常见的堆叠配置包括四层和六层电路板，六层电路板能提供更好的信号完整性，但制造成本较高。

迹线间距

迹线间距取决于多种因素，通常应根据可容忍的耦合量来确定。LVDS链路的差分对应紧密耦合，以实现电磁场抵消。同时，差分对的电气长度应相同，以确保平衡，减少偏斜和信号反射问题。

串扰和接地反弹最小化

为了减少串扰，应提供尽可能接近原始迹线的高频电流返回路径，通常通过接地平面实现。同时，应避免接地平面的不连续性，以降低返回路径电感。

总结

SNx5LVDS3xx系列高速差分线路驱动器以其卓越的性能和丰富的特性，在高速数据传输领域具有广泛的应用前景。在设计过程中，我们需要充分考虑其特性和应用场景，合理选择参数和布局，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用该系列驱动器时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。