高速数据传输利器：SNx5LVDx3xx系列LVDS接收器深度剖析

在高速数据传输领域，低电压差分信号（LVDS）技术凭借其低功耗、高速度和抗干扰能力强等优势，成为了众多应用的首选。德州仪器（TI）的SNx5LVDx3xx系列LVDS接收器，更是在这一领域展现出了卓越的性能。今天，我们就来深入剖析一下这个系列的产品。

文件下载：sn65lvdt390.pdf

产品概述

SNx5LVDx3xx系列包括SN65LVDS386、SN65LVDS388A、SN65LVDS390等型号，以及带有集成终端电阻的SNx5LVDT3xx系列。这些接收器能够满足或超越ANSI TIA/EIA - 644标准的要求，适用于多种高速数据传输场景。

产品特性

1. 多种通道选择：有4通道（'390）、8通道（'388A）和16通道（'386）三种选择，可根据实际需求灵活配置。
2. 集成终端电阻：LVDT产品集成了110 - Ω的线路终端电阻，省去了外部电阻的使用，简化了设计。
3. 高速传输能力：设计用于高达250 Mbps的信号速率，能够满足大多数高速数据传输的需求。
4. 高ESD保护：SN65版本的总线终端ESD超过15 kV，增强了产品的可靠性。
5. 单电源供电：仅需一个3.3 - V的电源即可工作，降低了功耗和设计复杂度。
6. 低延迟和低偏斜：典型传播延迟时间为2.6 ns，输出偏斜为100 ps（典型），器件间偏斜小于1 ns，确保了数据传输的准确性和同步性。
7. 5 - V容限LVTTL电平：输出电平为LVTTL，且具有5 - V容限，方便与其他电路接口。
8. 开路故障保护：具备开路故障保护功能，当输入开路时，能确保输出处于确定状态。
9. 直通式引脚布局：采用直通式引脚布局，便于PCB布线。
10. 小型封装：采用薄型收缩小外形封装，引脚间距为20 mil，节省了电路板空间。

应用领域

该系列产品广泛应用于多个领域，包括：

1. 无线基础设施：在无线基站等设备中，用于高速数据的传输和处理。
2. 电信基础设施：如交换机、路由器等，确保数据的高速稳定传输。
3. 打印机：实现打印机内部高速数据的传输，提高打印效率。

详细解析

工作原理

SNx5LVDx3xx接收器的输入信号为差分LVDS信号，输出为LVTTL数字信号。当输入信号的差分电压大于100 mV时，输出为高电平；当差分电压小于 - 100 mV时，输出为低电平；当差分电压在 - 100 mV至100 mV之间时，输出状态不确定。在输入开路的情况下，接收器通过内部的300 - kΩ上拉电阻将输入信号拉至接近VCC，从而实现开路故障保护。

功能模块

1. 接收器输出状态：根据输入差分信号的大小，准确输出高、低电平或高阻态。
2. 开路故障保护：内部的上拉电阻和阈值检测电路确保在输入开路时输出为高电平。
3. 共模范围：接收器的输入共模范围为½ × V₁ / 2 × V₁D V至2.4 - 1 / 2 × V₁D V，只要输入信号在这个范围内且差分幅度大于等于100 mV，就能正确输出LVDS总线状态。
4. 通用比较器功能：不仅适用于LVDS标准信号，还能处理符合特定差分和共模电压范围的其他信号。
5. 接收器等效原理图：输入为高阻抗差分对，SNx5LVDT3xx接收器在输入端口集成了110 - Ω的终端电阻，同时在每个输入引脚添加了7 - V齐纳二极管用于ESD保护，输出结构为带有额外齐纳二极管的CMOS反相器。

器件功能模式

差分输入（A - B）	使能（EN）	输出（Y）
V₁D ≥ 100 mV	H	H
–100 mV < V₁D ≤ 100 mV	H	?
V₁D ≤ –100 mV	H	L
X	L	Z
开路	H	H

其中，H表示高电平，L表示低电平，X表示无关，Z表示高阻态，?表示不确定。

应用与实现

应用信息

SNx5LVDx3xx系列接收器通常作为高速点对点数据传输的构建模块，适用于接地差异小于1 V的场景。与传统的ECL类设备相比，LVDS驱动器和接收器在提供高速信号速率的同时，无需ECL的高功耗和双电源要求。

典型应用

点对点通信

这是LVDS缓冲器最基本的应用场景，适用于数字数据的点对点传输。在这种应用中，LVDS驱动器将单端输入信号转换为差分信号，通过100 - Ω特性阻抗的平衡互连介质进行传输，LVDS接收器则将差分信号恢复为单端信号。

设计要求如下：	设计参数	示例值
驱动器电源电压（V₁CCD）	3.0至3.6 V
驱动器输入电压	0.8至5.0 V
驱动器信号速率	DC至200 Mbps
互连特性阻抗	100 Ω
终端电阻	100 Ω
接收器节点数量	1
接收器电源电压（V₁CCR）	3.0至3.6 V
接收器输入电压	0至2.4 V
接收器信号速率	DC至200 Mbps
驱动器和接收器之间的接地偏移	±1 V

详细设计步骤：

1. 驱动器电源电压：LVDS驱动器如SN65LVDS387可在3.0至3.6 V的单电源下工作，差分输出电压在整个输出范围内标称值为340 mV，在3.3 - V电源下，最小输出电压能满足LVDS规定的范围（247 mV至454 mV）。
2. 驱动器旁路电容：旁路电容在电源分配电路中起着关键作用，它能在电源和地之间创建低阻抗路径。在高速环境中，应使用多层陶瓷芯片或表面贴装电容（0603或0805尺寸），以减小旁路电容的引线电感。
3. 驱动器输出电压：驱动器输出的共模电压为1.2 V，标称差分输出信号为340 mV，峰 - 峰差分电压为680 mV。
4. 互连介质：驱动器和接收器之间的物理通信通道可以是双绞线、同轴电缆、扁平带状电缆或PCB走线，其标称特性阻抗应在100 Ω至120 Ω之间，变化不超过10%。
5. PCB传输线：PCB上常用的传输线结构有微带线和带状线。微带线是顶层（或底层）的信号走线，通过介质层与接地或电源平面隔开；带状线是内层的信号走线，位于两个接地平面之间。在设计时，应确保传输线的特性阻抗符合要求，并保持走线宽度和间距的均匀性。
6. 终端电阻：为了确保入射波切换，终端电阻应与传输线的特性阻抗匹配，且应尽可能靠近接收器放置。SN65LVDT386等产品集成了终端电阻，进一步简化了设计。

多点通信

在多点拓扑结构中，一个驱动器和一个共享总线连接多个接收器（最多32个）。这种应用场景需要注意以下几点：

1. 互连介质：与点对点系统不同，多点系统的总线架构需要更谨慎的设计。发射器通常位于总线的一端，需要在远端设置一个总线终端电阻来吸收入射波。同时，应尽量减少分支节点产生的短截线长度，以避免局部阻抗变化和信号反射。
2. 设计要求：与点对点通信类似，但需要考虑多个接收器的负载情况。

电源供应建议

该系列的LVDS驱动器和接收器设计为单电源供电，电源电压范围为2.4 V至3.6 V。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，两者之间的接地电位差应小于±1 V。建议使用板级和局部设备级的旁路电容，以减少电源噪声的影响。

PCB布局

布局指南

1. 微带线与带状线拓扑：TI建议在可能的情况下，将LVDS信号路由在微带传输线上。微带线位于PCB的外层，虽然更容易受到辐射和干扰，但可以根据整体噪声预算和反射允许范围指定必要的阻抗公差。
2. 介质类型和电路板结构：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信号的上升和下降时间小于500 ps，则建议使用介电常数接近3.4的材料，如Rogers™4350或Nelco N4000 - 13。在电路板结构方面，应注意铜的重量、镀层厚度、阻焊层等参数。
3. 推荐堆叠布局：为了减少TTL/CMOS信号与LVDS信号之间的串扰，建议使用至少两个独立的信号层。常见的堆叠配置有四层板和六层板，通过合理安排电源层、接地层和信号层的位置，可以提高信号完整性。
4. 走线间距：单端走线和差分对之间应保持至少两到三倍线宽的间距，以减少串扰。对于长距离平行走线，应适当增加间距。在使用自动布线工具时，要注意避免尖锐的90°转弯，建议使用连续的45°转弯来减少反射。
5. 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走线的高频电流返回路径，通常通过接地平面来实现。同时，应保持接地平面的连续性，避免出现不连续的情况，以降低返回路径的电感。

布局示例

在PCB布局中，可以采用交错走线布局来减少走线之间的间距，同时确保每个信号过孔都有相邻的接地过孔，以保证接地信号路径的连续性。

器件和文档支持

器件支持

TI提供了丰富的LVDS产品系列，用户可以访问其网站（http://www.ti.com/sc/datatran）获取更多相关产品和应用笔记。同时，TI不承担对第三方产品或服务的适用性、质量等方面的保证责任。

文档支持

该器件提供IBIS建模，用户可以联系当地TI销售办公室或访问TI网站（www.ti.com）获取更多信息。此外，还有许多相关的应用指南可供参考，如《Low - Voltage Differential Signaling Design Notes》（SLLA014）、《Interface Circuits for TIA/EIA - 644 (LVDS)》（SLLA038）等。

相关链接

TI提供了快速访问链接，用户可以通过这些链接获取产品文件夹、样品购买、技术文档、工具软件和支持社区等方面的信息。

静电放电注意事项

这些器件的内置ESD保护有限，在存储或处理时，应将引脚短路或放置在导电泡沫中，以防止MOS栅极受到静电损坏。

机械、封装和订购信息

该系列产品提供多种封装选项，包括TSSOP、SOIC等，用户可以根据实际需求选择合适的封装。同时，文档中还提供了详细的封装信息、包装材料信息和机械数据，方便用户进行设计和采购。

总结

SNx5LVDx3xx系列LVDS接收器凭借其丰富的特性、广泛的应用领域和良好的性能，为高速数据传输提供了可靠的解决方案。在设计过程中，我们需要充分考虑产品的特性和应用要求，合理进行电源供应、PCB布局等方面的设计，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用该系列产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。