深入剖析DS92LV16：16位总线LVDS串行器/解串器的卓越性能与应用

在当今高速数据传输的时代，串行器/解串器（SERDES）在数据处理和传输中扮演着至关重要的角色。德州仪器（TI）的DS92LV16就是一款性能出色的16位总线LVDS串行器/解串器，它能在25 - 80 MHz的频率范围内实现高效的数据传输。下面，我们就来深入了解一下这款器件。

文件下载：ds92lv16.pdf

一、DS92LV16的特性亮点

1. 高速数据处理能力

DS92LV16具备25 - 80 MHz的工作频率，能实现16:1/1:16的串行化/解串行化转换，全双工吞吐量高达2.56Gbps。这使得它能够快速处理大量数据，满足高速数据传输的需求。

2. 独立操作与保护机制

它的发射机和接收机可以独立运行，拥有独立的时钟、使能和掉电引脚。同时，具备热插拔保护功能，在上电时呈现高阻抗状态，还能实现同步，接收机可锁定随机数据。

3. 宽时钟频率容差

该器件具有±5%的宽参考时钟频率容差，这使得在使用本地生成的时钟进行系统设计时更加容易，降低了设计的复杂性。

4. 低EMI与内部PLL

采用BLVDS串行传输技术，能在背板和电缆上实现稳健的传输，同时降低电磁干扰（EMI）。并且，内部集成了PLL，无需外部PLL组件，简化了电路设计。

5. 低功耗与高ESD保护

仅需单一的+3.3V电源供电，功耗较低。在80MHz时，发射机典型电流为104mA，接收机典型电流为119mA。此外，还具有>2.5kV的人体模型（HBM）静电放电（ESD）保护能力，提高了器件的可靠性。

二、DS92LV16的工作原理

1. 数据转换

DS92LV16能将16位的LVCMOS或LVTTL并行数据总线透明地转换为包含嵌入式时钟信息的BLVDS串行数据流。解串器则从串行数据流中恢复时钟和数据，并将其转换为16位的并行数据输出。

2. 工作状态

该器件的串行器和解串器各有三种工作状态，分别是初始化、数据传输和重新同步状态，此外还有两种被动状态：掉电和三态。

初始化

在发送或接收数据之前，DS92LV16需要初始化与另一个DS92LV16之间的链路。具体步骤是先将串行器和解串器的PLL与本地时钟同步，本地时钟可以来自同一源或不同源，但频率需相同或在指定范围内。当VCC达到2.2V时，各器件的PLL开始锁定本地时钟。串行器锁定TCLK后即可发送数据或同步模式，解串器锁定REFCLK后，在检测到输入数据或同步模式时，LOCK输出变低，输出有效数据。

数据传输

初始化完成后，串行器将数据从DIN0 - DIN15并行输入接收，TCLK信号在上升沿锁存数据。串行数据包括起始位和停止位，以18倍TCLK频率传输。解串器同步到输入后，LOCK引脚变低，ROUT[0:15]输出有效数据。

重新同步

当解串器失去锁定时，会自动尝试重新同步。例如，若连续两次未检测到嵌入式时钟边缘，PLL会失去锁定，LOCK引脚变高。解串器会尝试锁定随机数据流，寻找嵌入式时钟边缘并完成同步过程。用户可以选择通过随机数据流重新同步，也可以通过脉冲串行器的SYNC引脚强制快速同步。

掉电

掉电状态是一种低功耗睡眠模式，串行器和解串器在等待初始化时可进入此状态。通过TPWDN和RPWDN引脚可控制进入掉电状态，此时PLL停止工作，输出进入三态，降低了电源电流。

三态

当系统驱动REN引脚为低电平时，解串器输出进入三态；驱动DEN引脚为低电平时，串行器输出进入三态。当相应引脚恢复高电平时，器件会恢复到之前的状态。

三、电气特性与性能指标

1. 绝对最大额定值

DS92LV16在不同参数下有明确的绝对最大额定值，如电源电压（Vcc）为 -0.3V至 +4V，各输入输出电压也有相应的范围限制。同时，对结温、存储温度、引脚焊接温度等也有规定，以确保器件的安全使用。

2. 推荐工作条件

推荐的电源电压（Vcc）为3.15 - 3.45V，工作温度范围为 -40℃至 +85℃，时钟频率为25 - 80 MHz。在这些条件下，器件能稳定工作，发挥最佳性能。

3. 电气特性参数

文档中详细列出了LVCMOS/LVTTL和Bus LVDS的直流特性参数，如输入输出电压、输入电流、输出短路电流等。这些参数对于电路设计和性能评估至关重要。

4. 时序和开关特性

串行器和解串器的时序和开关特性也有明确规定，包括时钟周期、时钟高低时间、数据建立和保持时间、状态转换延迟等。这些特性影响着数据传输的准确性和稳定性。

四、应用信息与注意事项

1. 应用场景

DS92LV16可将16位并行TTL数据通过串行Bus LVDS链路以高达1.28 Gbps的速率传输，适用于需要高速数据传输的场景，如工业控制、通信设备等。

2. 电源考虑

由于串行器和解串器采用全CMOS设计，本身具有低功耗特性。LVDS输出的恒流源特性也有助于降低速度与ICC曲线的斜率。在为解串器供电时，REFCLK输入必须在解串器上电前运行，解串器输出在检测到输入数据并锁定之前将保持三态。

3. 噪声容限

解串器的噪声容限是指其能够容忍的输入抖动（相位噪声）量，各种环境和系统因素都会影响噪声容限。当串行器在数据传输过程中失去锁定时，可能会导致最多5个周期的数据无效，解串器重新锁定后，应重新发送之前的数据。

4. 输入故障保护

当解串器与串行器断开连接时，故障保护电路可防止将一定量的噪声误判为数据或时钟，此时输出将进入三态，解串器失去锁定。

5. 热插拔操作

在进行热插拔操作时，应遵循一定的顺序。插入时，先连接接地引脚，再连接VCC引脚，最后连接I/O引脚；移除时，顺序相反。

6. PCB布局和电源系统

PCB布局和电源系统设计对于DS92LV16的性能至关重要。应采用低噪声电源为器件供电，将高频或高电平的输入输出分开，以减少噪声干扰。使用薄介质层的电源/接地夹层可提高电源系统性能，同时应合理选择和布置外部旁路电容。

五、引脚说明与封装信息

1. 引脚功能

文档详细介绍了DS92LV16的各个引脚功能，包括控制引脚（如TPWDN、RPWDN、DEN、SYNC等）、时钟引脚（如TCLK、REFCLK等）、数据输入输出引脚（如DIN(0:15)、ROUT(0:15)等）以及电源和接地引脚。

2. 封装选项

DS92LV16提供多种封装选项，如LQFP(PN)封装，不同封装的引脚数量、包装数量、载体类型等有所不同。同时，还给出了封装的详细尺寸信息，包括磁带和卷轴、托盘的尺寸以及封装外形图等，方便工程师进行设计和布局。

六、总结

DS92LV16是一款功能强大、性能卓越的16位总线LVDS串行器/解串器。它具有高速数据处理能力、独立操作、低功耗、高ESD保护等优点，适用于多种高速数据传输应用场景。在设计过程中，工程师需要充分考虑其电气特性、时序要求、电源系统和PCB布局等因素，以确保器件的稳定运行和最佳性能。希望本文能为电子工程师在使用DS92LV16进行设计时提供有价值的参考。大家在实际应用中遇到过哪些关于DS92LV16的问题呢？欢迎在评论区分享交流。