DS92LV040A 4通道总线LVDS收发器的设计指南

在高速、低功耗的硬件设计领域，总线LVDS（低电压差分信号）收发器起着至关重要的作用。DS92LV040A是德州仪器（TI）推出的一款优秀的4通道总线LVDS收发器，特别适用于高速、低功耗的背板或电缆接口。下面就和各位同行一起深入了解下这款收发器的特性、应用及设计要点。

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1. 产品特性亮点

1.1 高效信号转换与低功耗

DS92LV040A的驱动器能将3 - V LVTTL单端电平转换为差分总线LVDS输出电平，实现了高速运行的同时，还能最大程度降低功耗和电磁干扰（EMI）。其采用的低功耗CMOS设计，让设备在运行时更加节能。例如在一些对功耗要求较高的便携式设备中，这种低功耗特性就显得尤为重要。

1.2 出色的噪声抑制与高速率能力

差分信号传输为其提供了超过±1 V的共模噪声抑制能力，这在复杂的电磁环境中能够有效保证信号的稳定性。同时，它具备高于155 Mbps的高信号速率能力，能够满足大多数高速数据传输的需求。其传播延迟极短，驱动器最大为2.3 ns，接收器最大为3.2 ns，这使得信号能够快速准确地传输。

1.3 多种工作特性保障

该产品还具有诸多其他特性，如70 mV的接收器灵敏度、支持端口引脚的开路和终端故障保护、3.3 - V工作电压、无干扰的电源上下电功能、轻总线负载（典型5 pF）、平衡输出阻抗等，并且在断电时总线引脚呈现高阻抗状态，保障了设备在各种情况下的稳定运行。

2. 产品应用场景

DS92LV040A专为双端接应用而设计，适用于多种高速数据传输场景。在背板通信中，大量的数据需要在不同模块之间快速准确地传输，这款收发器凭借其高速率和低功耗特性，能够有效提升数据传输的效率和稳定性。在电缆接口方面，它可以为长距离数据传输提供可靠的信号转换和传输支持。

3. 产品详细描述

3.1 功能结构概述

DS92LV040A采用单3.3 - V电源供电，集成了四个差分线路驱动器和四个接收器。为了最小化总线负载，驱动器输出和接收器输入采用内部连接方式。此外，其引脚布局为直通式，方便在PCB布线时实现引脚与连接器之间的短截线连接，减少信号传输的干扰和损耗。

3.2 驱动模式优势

该器件的差分线路驱动器采用平衡电流模式设计，与传统的电压模式驱动器（如RS - 422驱动器）相比，具有明显的优势。电流模式驱动器具有较高的输出阻抗（100 Ω），能够为一系列负载提供相对恒定的电流。其静态电流相对于开关频率保持相对平稳，而RS - 422电压模式驱动器在20 MHz - 50 MHz之间的大多数情况下会呈指数级增长。这种优势得益于电流模式驱动器在输出之间切换固定电流时，几乎没有明显的重叠电流，类似一些ECL和PECL设备，但又避免了ECL/PECL设计中沉重的静态ICC要求，同时LVDS比类似的PECL设备所需的电流减少了80%，交流规格也比现有的RS - 422驱动器提高了一个数量级。此外，TRI - STATE功能还允许在不需要数据传输时禁用驱动器输出，进一步降低功耗。

3.3 设备功能模式

DS92LV040A具有四种功能模式：驱动模式、接收模式、三态模式和回环模式。通过控制驱动使能（DE）和接收使能（RE）引脚，可以方便地切换不同的模式，以满足不同的应用需求。	MODE SELECTED	DE	RE
DRIVER MODE	H	H
RECEIVER MODE	L	L
TRI - STATE MODE	L	H
LOOP BACK MODE	H	L

4. 设计要点

4.1 供电与电容配置

DS92LV040A可以在3 - 3.6 V的单电源下稳定工作。在设计中，旁路电容的选择和布局非常关键。在低频时，电源能在其端子之间提供低阻抗路径，但在高频电流通过功率走线时，电源往往难以维持低阻抗接地路径。因此，在板级通常使用大旁路电容（10 μF - 1000 μF）来处理kHz范围内的问题，而在集成电路附近则需安装更小的电容（nF - μF范围），以解决大电容在开关频率下电感值大的问题。

4.2 终端电阻与互连介质选择

在多点LVDS通信中，终端电阻的选择至关重要。为确保良好的信号完整性，终端电阻应与传输线的特性阻抗相匹配，通常应控制在标称介质特性阻抗的±10%以内。例如，若传输线目标阻抗为100 Ω，终端电阻应在90 - 110 Ω之间。互连介质方面，背板和连接器应具有匹配的差分阻抗，使用受控阻抗走线，并尽量使差分对走线靠近，以减少反射和噪声耦合。同时，要注意控制走线的长度，减少信号的延迟和失真。

4.3 PCB布局技巧

在PCB布局时，有许多需要注意的地方。首先，微带线和带状线拓扑各有优劣，TI建议在可能的情况下使用微带线进行信号布线。对于介质类型和电路板结构，通常FR - 4材料能满足多点LVDS信号的要求，但对于TTL/CMOS信号的上升或下降时间小于500 ps的情况，选择介电常数接近3.4的材料（如Rogers™4350或Nelco N4000 - 13）会更好。推荐的堆叠布局应至少包含两个独立的信号层，以减少TTL/CMOS与多点LVDS之间的串扰。在布线时，要注意迹线之间的间距，遵循3 - W规则，减少相邻迹线之间的串扰。还要注意提供高频电流的最短返回路径，避免接地平面的不连续性，以降低串扰和接地反弹。此外，每个高速设备的电源或接地引脚应通过低电感路径连接到PCB，旁路电容应靠近VDD引脚放置，以提高电源的稳定性。

5. 总结

DS92LV040A作为一款高性能的总线LVDS收发器，在高速、低功耗的数据传输应用中具有显著的优势。电子工程师在设计过程中，充分了解并合理运用其特性和设计要点，能够确保设备的稳定性和可靠性。在实际应用中，还需要根据具体的需求进行适当的调整和优化，以达到最佳的性能表现。各位同行在使用这款产品时，有没有遇到过一些独特的问题或者有什么特别的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。