探索DS90CR481/DS90CR482：高速数据传输的理想解决方案

在电子工程师的日常工作中，高速数据传输一直是一个关键且具有挑战性的领域。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）推出的DS90CR481和DS90CR482这两款芯片，它们组成的48位LVDS通道链路SER/DES（串行器/解串器），为高速数据传输提供了出色的解决方案。

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芯片概述

1. 基本信息

DS90CR481和DS90CR482是一对用于高速数据传输的芯片，支持65 - 112 MHz的输入时钟。它们能够将48位的CMOS/TTL数据转换为LVDS（低电压差分信号）数据进行传输，然后在接收端再将LVDS数据转换回48位的LVCMOS/TTL数据。

2. 主要特性

• 高带宽：支持高达112 MHz的时钟频率，在66 MHz时钟下可实现3.168 Gbits/sec的带宽，在112 MHz时钟下可达到5.376 Gbits/sec的带宽。
• 减少电缆和连接器尺寸：通过将48位数据复用为8路LVDS数据和1路时钟信号传输，大大减少了电缆的尺寸和连接器的数量，最多可减少80%的电缆宽度，从而降低了系统成本和连接器的物理尺寸和成本。
• 增强的传输性能：采用预加重技术减少电缆负载效应，可选的直流平衡编码减少符号间干扰（ISI），并且具备电缆去斜功能，可校正高达±1 LVDS数据位时间的电缆斜移（时钟速率高达80 MHz）。
• 低电压操作：采用+3.3V电源电压，并且TXIN和控制输入引脚具有5V容限。
• 抗抖动能力：发射器能够拒绝周期到周期的抖动，符合ANSI/TIA/EIA - 644 - 1995 LVDS标准。

技术参数细节

1. 绝对最大额定值

参数	值	单位
电源电压（Vcc）	-0.3 to +4	V
CMOS/TTL输入电压	-0.3 to +5.5	V
LVCMOS/TTL输出电压	-0.3 to (Vcc + 0.3)	V
LVDS接收器输入电压	-0.3 to +3.6	V
LVDS驱动器输出电压	-0.3 to +3.6	V
LVDS输出短路持续时间	连续
结温	+150	℃
存储温度	-65 to +150	℃
引脚温度（焊接，4秒）100L TQFP	+260	℃

2. 推荐工作条件

参数	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压（Vcc）	3.0	3.3	3.6	V
工作环境温度（TA）	-10	+25	+70	℃
电源噪声电压			100	mVpp
输入时钟（TX）	65		112	MHz

3. 电气特性

芯片的电气特性涵盖了CMOS/TTL直流规格、LVDS驱动器直流规格、LVDS接收器直流规格、发射器和接收器的电源电流等多个方面。例如，在CMOS/TTL直流规格中，高电平输入电压（VIH）最小值为2.0V，低电平输入电压（VIL）最大值为0.8V；在LVDS驱动器直流规格中，差分输出电压（IVool）典型值为250 - 345mV，最大值为450mV。

4. 开关特性

包括发射器和接收器的各种开关特性参数，如LVDS信号的高低电平转换时间、发射器和接收器的传播延迟、相位锁定环设置时间、电源关闭延迟等。这些参数对于确保数据的准确传输和系统的稳定性至关重要。

新特性解析

1. 预加重（Pre - emphasis）

预加重功能通过在LVDS逻辑转换期间增加额外的电流来减少电缆负载效应。预加重的强度可以通过在“PRE”引脚施加从0.75V到Vcc的直流电压来设置。不同的电阻值（Rpre）可以实现不同的预加重电压和效果，例如，当Rpre为1MΩ或不连接时，PRE电压为0.75V，为标准LVDS；当Rpre为100Ω时，PRE电压为Vcc，实现100%预加重。需要注意的是，设置适当的预加重量很重要，过多的预加重会产生过多的噪声并增加功耗，对于长度小于2米的电缆通常不需要预加重。

2. 直流平衡（DC Balance）

在每个LVDS数据信号线上，除了数据信息外，每个周期还会传输一个额外的直流平衡位（DCBAL）。该位的目的是最小化信号线上的短期和长期直流偏置，通过选择性地发送未修改或反转的数据来实现。直流平衡模式通过将发射器上的BAL引脚拉高来设置，对于长度通常大于5米的长电缆应用非常有用。

3. 去斜（Deskew）

去斜功能仅在直流平衡模式下（DS90CR481上的BAL = high）支持。当接收器上的“DESKEW”引脚设置为高电平时，可以校正独立差分对之间信号到达理想选通位置的最大±1 LVDS数据位时间的斜移。在进行去斜操作时，发射器上的“DS_OPT”引脚必须至少在四个时钟周期内施加低电平。此外，去斜功能只能在时钟速率高达80 MHz时工作，并且在接收器处于去斜模式时，所有接收器输出都将设置为低电平，但接收器时钟输出仍然活跃并切换。

应用与配置建议

1. 应用场景

DS90CR481/DS90CR482芯片组适用于需要高速数据传输和解决EMI（电磁干扰）及电缆尺寸问题的应用，如宽、高速TTL接口。它们可以用于长距离数据传输，通过预加重、直流平衡和去斜等功能，能够驱动长度超过5米的电缆。

2. 配置建议

• 电源旁路：在电源引脚使用旁路电容，建议使用高频陶瓷（推荐表面贴装）0.1µF电容靠近每个电源引脚，如有空间可并联一个0.01µF电容，并且在印刷电路板上分散放置额外的电容以提高去耦效果。
• 输入信号质量：输入信号质量必须符合数据手册的要求，避免过冲和欠冲超过绝对最大规格。如果主机设备和发射器之间的线路较长且表现为传输线，则应采用终端匹配。如果发射器由具有可编程驱动强度的设备驱动，建议将数据输入设置为弱设置，以防止传输线效应，而时钟信号通常设置较高以提供干净的低抖动边缘。
• 未使用的LVDS输出：未使用的LVDS输出通道应在发射器输出引脚处用100Ω电阻进行终端匹配。
• LVDS互连：遵循LVDS互连指南，如使用100Ω耦合差分对，采用S/2S/3S规则进行布线，尽量减少过孔数量，使用差分连接器（当线速度高于500Mbps时），保持走线平衡，最小化对内和对间的斜移，并尽可能靠近接收器输入进行终端匹配。
• 接收器输出驱动强度：DS90CR482输出指定负载为8pF，$V{OH}$和$V{OL}$在±2mA下测试，仅适用于1个或可能2个负载。如果需要高扇出或长传输线驱动能力，建议对接收器输出进行缓冲。

总结

DS90CR481和DS90CR482芯片组通过其高带宽、减少电缆尺寸、增强的传输性能等特性，为电子工程师在高速数据传输领域提供了一个强大而可靠的解决方案。通过合理配置和应用其新特性，如预加重、直流平衡和去斜功能，可以有效地解决长距离数据传输中的各种问题。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求和系统要求，仔细考虑芯片的各项参数和配置建议，以确保系统的稳定性和性能。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。