探索SCAN90004：四通道LVDS缓冲器/中继器的卓越性能与应用

在高速数据传输的领域中，LVDS（低压差分信号）技术凭借其低功耗、高抗干扰性和高速率的特点，成为了众多电子工程师的首选。而今天，我们要深入探讨的就是德州仪器（TI）推出的一款四通道LVDS缓冲器/中继器——SCAN90004，它在提升信号质量和传输距离方面有着出色的表现。

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关键特性与优势

高速数据传输

SCAN90004的每个通道最大数据速率可达1.5Gbps，能够满足大多数高速数据传输的需求。同时，其可配置的预加重功能，可以有效克服有损背板和电缆带来的ISI（码间干扰）抖动影响，确保信号的稳定传输。

低输出偏斜和抖动

在高速数据传输中，输出偏斜和抖动是影响信号质量的重要因素。SCAN90004通过优化设计，实现了低输出偏斜和抖动，保证了数据的准确传输。

多种输入兼容性

该芯片支持LVDS、CML（电流模式逻辑）和LVPECL（低压正发射极耦合逻辑）等多种输入信号类型，具有很强的通用性。

集成终端电阻

芯片内部集成了100Ω的输入和输出终端电阻，不仅提高了信号性能，还减少了外部元件数量，节省了电路板空间。

高ESD保护

LVDS输出端具备12kV的ESD（静电放电）保护能力，增强了芯片的可靠性和稳定性。

测试功能丰富

支持IEEE 1149.1（JTAG）接口和IEEE 1149.6有限能力，还具备故障插入功能，方便工程师进行测试和调试。

低功耗设计

采用单3.3V电源供电，功耗极低，适合工业应用中的低功耗需求。

宽温度范围

工作温度范围为-40°C至+85°C，能够适应各种恶劣的工业环境。

小封装尺寸

采用小尺寸的TQFP封装，节省了电路板空间，便于布局。

引脚说明

引脚名称	TQFP引脚编号	I/O类型	描述
差分输入
IN0+	13	I, LVDS	通道0的反相和同相差分输入
IN0-	14
IN1+ IN1-	15 16	I, LVDS	通道1的反相和同相差分输入
IN2+ IN2-	19 20	I, LVDS	通道2的反相和同相差分输入
IN3+ IN3-	21 22	I, LVDS	通道3的反相和同相差分输入
差分输出
OUT0+ OUT0-	48 47	O, LVDS	通道0的反相和同相差分输出
OUT1+ OUT1-	46 45	O, LVDS	通道1的反相和同相差分输出
OUT2+ OUT2-	42 41	O, LVDS	通道2的反相和同相差分输出
OUT3+ OUT3-	40 39	O, LVDS	通道3的反相和同相差分输出
数字控制接口
PWDN	12	I, LVTTL	低电平激活硬件掉电模式
PEM0 PEM1	1 2	I, LVTTL	预加重控制输入，用于选择所有输出的预加重级别
TDI	34	I, LVTTL	测试数据输入，支持IEEE 1149.1功能
TDO	35	O, LVTTL	测试数据输出，支持IEEE 1149.1功能
TMS	27	I, LVTTL	测试模式选择，支持IEEE 1149.1功能
TCK	26	I, LVTTL	测试时钟，支持IEEE 1149.1功能
TRST	25	I, LVTTL	测试复位，支持IEEE 1149.1功能
电源
VDD	3,4,5,7,10,11,28,29,32,33	I, Power	VDD = 3.3V, ±5%
GND	8,9,17,18,23,24,37,38,43,44	I, Power	接地
N/C	6,30,31,36		不连接

电气特性

静态特性

在LVTTL直流规格方面，芯片的高电平输入电压范围为2.0V至VDD，低电平输入电压范围为GND至0.8V。输入和输出电流在不同条件下都控制在较小范围内，确保了芯片的稳定性。同时，输入和输出电容也较小，有利于提高信号的响应速度。

开关特性

LVDS输出的开关特性表现出色，包括差分低到高和高到低的转换时间、传播延迟、脉冲偏斜、通道间偏斜等参数都在合理范围内。例如，差分低到高和高到低的传播延迟在2.0ns至3.2ns之间，脉冲偏斜最大为80ps，通道间偏斜最大为125ps。此外，芯片的抖动性能也非常优秀，随机抖动在1.1psrms至1.5psrms之间，确定性抖动在不同模式下也有较好的表现。

功能描述

内部终端

SCAN90004在输入和输出端都集成了100Ω的终端电阻，能够有效减少近端串扰（NEXT）的影响，提高信号完整性。同时，这种集成设计也减少了外部元件数量，节省了电路板空间。

输出特性

该芯片的输出特性针对点对点背板和电缆应用进行了优化，不适合多点或多分支信号传输。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的传输方式。

掉电模式

通过PWDN输入引脚可以激活硬件掉电模式。在掉电模式下，所有输入和输出缓冲器以及内部偏置电路都将关闭，输出处于三态。需要注意的是，在退出掉电模式时，可能会有一定的延迟，这与带隙参考和输入/输出缓冲电路的开启有关。

预加重功能

预加重功能可以显著减少长距离或有损传输介质带来的ISI抖动。通过PEM0和PEM1两个引脚，可以选择四种预加重级别：关闭、低、中、高。具体的选择如下表所示：	PEM1	PEM0	预加重
0	0	关闭
0	1	低
1	0	中
1	1	高

输入故障安全偏置

如果下游接收器在源处于三态、断电或移除时仍处于开启和启用状态，建议考虑对LVDS链路进行故障安全偏置。可以通过在输出端连接一个1kΩ到地的下拉电阻，或者使用外部故障安全网络来实现。

测试功能

IEEE 1149.1（JTAG）支持

SCAN90004支持完全符合IEEE 1149.1标准的接口，通过测试访问端口（TAP）可以对每个LVTTL I/O上的边界扫描单元进行测试，方便进行互连测试。

IEEE 1149.6支持

对于高速差分（包括交流耦合）网络的测试，传统的IEEE 1149.1技术可能无法满足需求。SCAN90004集成了相关电路，支持对所有差分输入和输出进行交流耦合测试，但测试能力有限。具体的支持程度需要在目标应用中使用适当的JTAG软件进行测试来确定。

故障插入

故障插入是一种用于辅助诊断软件验证和调试的技术。在SCAN90004中，可以通过IEEE 1149.1的“固定”指令在任何引脚或引脚组合上创建固定状态（高或低），帮助验证监测软件是否能够检测和诊断这些故障。

应用信息

输入接口

SCAN90004可以接受差分信号，并支持简单的交流或直流耦合。由于其具有较宽的共模范围，因此可以与所有常见的差分驱动器（如LVPECL、LVDS、CML）进行直流耦合。以下是典型的直流耦合接口示例：

输出接口

SCAN90004的输出信号符合LVDS标准，可以与大多数常见的差分接收器进行直流耦合。在实际应用中，建议在实施接口之前检查接收器的数据手册，确保其共模输入范围能够适应LVDS信号。以下是典型的直流耦合接口示例：

典型性能特性

通过一些典型的性能测试图表，我们可以更直观地了解SCAN90004的性能表现。例如，在运行时钟或PRBS 2³ - 1模式时，动态电源电流的测量结果可以反映芯片的功耗情况；在不同条件下测量的总抖动结果可以展示芯片的抖动性能。

封装信息

SCAN90004采用TQFP（PFB）封装，引脚数为48。有两种可订购的部件编号：SCAN90004TVS/NOPB和SCAN90004TVS/NOPB.A，它们的主要参数基本相同，包括工作温度范围为-40°C至+85°C，MSL等级为3级，峰值回流温度为260°C等。

总结

SCAN90004作为一款高性能的四通道LVDS缓冲器/中继器，具有高速数据传输、低功耗、低抖动、丰富的测试功能等众多优点。在工业控制、通信、医疗等领域的高速数据传输应用中，它能够提供稳定可靠的信号传输解决方案。电子工程师在设计相关电路时，可以充分利用其特性，提高系统的性能和可靠性。同时，在实际应用中，还需要根据具体需求进行合理的配置和调试，以达到最佳的效果。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。