深入解析SNx5LVDS3xx高速差分线驱动器

在电子设计领域，高速差分线驱动器是实现高速数据传输的关键组件。今天我们就来详细探讨德州仪器（TI）的SNx5LVDS3xx系列高速差分线驱动器，包括其特性、应用、设计要点等方面。

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产品概述

SNx5LVDS3xx系列包含SN65LVDS387、SN75LVDS387、SN65LVDS389、SN75LVDS389、SN65LVDS391和SN75LVDS391等型号。这些驱动器具有4、8或16个线路驱动器，满足或超过ANSI EIA/TIA - 644标准要求，适用于多种高速数据传输场景。

产品特性

高速与低辐射

该系列驱动器能够实现高达630 Mbps的信号速率，同时具有极低的辐射（EMI）。低电压差分信号（LVDS）技术，典型输出电压为350 mV，负载为100 Ω，传播延迟时间小于2.9 ns，输出偏斜小于150 ps，器件间偏斜小于1.5 ns，确保了高速、稳定的数据传输。

低功耗

每个驱动器在200 MHz工作时的总功耗仅为35 mW，有效降低了系统功耗。

高可靠性

驱动器禁用或处于特定状态时为高阻抗，“SN65”版本的总线引脚ESD保护超过15 kV，增强了器件的可靠性和抗干扰能力。

宽电压范围与兼容性

采用20密耳引脚间距的薄型收缩小外形封装，低电压TTL（LVTTL）逻辑输入具有5 V容差，可与多种逻辑电平兼容，并且能够在3.0 V至3.6 V的电源电压范围内正常工作。

应用领域

SNx5LVDS3xx系列驱动器广泛应用于无线基础设施、电信基础设施和打印机等领域。其大数量的驱动器集成在同一基板上，结合平衡信号的低脉冲偏斜特性，可实现时钟和数据的极其精确的时序对齐，适用于同步并行数据传输。与配套的16通道或8通道接收器（如SN65LVDS386或SN65LVDS388）配合使用时，在单边缘时钟系统中每秒可实现超过2亿次的数据传输，且功耗极低。

详细设计要点

电源供应

驱动器和接收器均设计为单电源供电，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甚至不同的设备中，此时应使用单独的电源，并确保驱动器和接收器电源之间的接地电位差小于±1 V。同时，应使用板级和本地设备级旁路电容，以稳定电源供应。

布局设计

传输线拓扑

印刷电路板通常提供微带和带状线两种传输线选项。微带线是PCB外层的走线，而带状线是位于两个接地平面之间的走线。带状线由于参考平面的屏蔽作用，不易产生辐射和干扰问题，但高速传输时会产生额外的电容。TI建议在可能的情况下，将LVDS信号路由在微带传输线上，设计者可根据整体噪声预算和反射允许范围指定必要的阻抗公差。

介质选择与板级构造

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信号的上升或下降时间小于500 ps，建议使用介电常数接近3.4的材料，如Rogers™4350或Nelco N4000 - 13。在板级构造方面，铜重量、镀层厚度、阻焊层等参数都会影响性能，应遵循相关的设计准则。

堆叠布局

为减少TTL/CMOS与LVDS之间的串扰，建议使用至少两个独立的信号层。常见的堆叠配置包括四层板和六层板，六层板能更好地隔离信号层与电源层，提高信号完整性，但制造成本较高。

走线间距

差分对的走线应紧密耦合，以实现电磁屏蔽，同时确保差分对的电气长度相同，以平衡信号并减少偏斜和反射问题。对于相邻的单端走线，应遵循3 - W规则，即走线间距应大于单根走线宽度的两倍，或从走线中心到中心测量为三倍宽度。在使用自动布线器时要谨慎，避免90°急转弯，可采用连续45°转弯来减少反射。

串扰与地弹最小化

为减少串扰，应提供尽可能靠近源走线的高频电流返回路径，通常使用接地平面来实现。保持走线尽可能短，并在其下方设置不间断的接地平面，可减少电磁辐射。避免接地平面出现不连续情况，以降低返回路径电感。

信号传输与终端匹配

信号速率与距离

数据传输的最终速率和距离取决于传输介质的衰减特性、环境噪声耦合以及其他系统特性。该LVDS驱动器能够重现短至1.6 ns的脉冲（630 Mbps信号速率），但传输介质对脉冲的任何衰减都会降低数据链路接收端的时序裕量。通常，接收器输入允许的抖动范围为单位间隔（数据脉冲宽度）的5%至20%。

终端电阻

LVDS通信通道采用电流源驱动传输线，并通过终端电阻将传输的电流转换为接收器输入的电压。为确保入射波切换，终端电阻应与传输线的特性阻抗匹配，偏差应在标称阻抗的10%以内。终端电阻应尽可能靠近接收器放置，以最小化电阻到接收器的短线长度。

总结

SNx5LVDS3xx系列高速差分线驱动器以其高速、低功耗、高可靠性等特性，为电子工程师在高速数据传输设计中提供了优秀的解决方案。在实际设计过程中，我们需要充分考虑电源供应、布局设计、信号传输和终端匹配等方面的因素，以确保系统的性能和稳定性。你在使用这类驱动器时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。