SNx5LVDS3xx高速差分线路驱动器：特性、应用与设计指南

在现代电子系统中，高速数据传输和低功耗设计需求日益增长。德州仪器（TI）的SNx5LVDS3xx系列高速差分线路驱动器，为满足这些需求提供了有效的解决方案。本文将深入探讨该系列驱动器的特性、应用场景以及设计要点。

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特性亮点

多通道选择与标准兼容性

SNx5LVDS3xx系列提供了4通道（'391）、8通道（'389）和16通道（'387）的线路驱动器选择，能够满足不同系统的需求。这些驱动器完全符合或超越了ANSI EIA/TIA - 644标准，确保了在高速数据传输中的稳定性和兼容性。

高速与低辐射性能

该系列驱动器设计用于高达630 Mbps的信号速率，同时具有极低的辐射（EMI）。采用低电压差分信号（LVDS）技术，典型输出电压为350 mV，负载为100 Ω，能够有效降低功耗，提高信号传输的速度和质量。

低延迟与低偏移

传播延迟时间小于2.9 ns，输出偏移小于150 ps，部分间偏移小于1.5 ns，确保了信号的精确传输和同步。

低功耗设计

每个驱动器在200 MHz工作时的总功耗仅为35 mW，有助于降低系统的整体功耗。

高ESD保护

SN65'版本的总线引脚ESD保护超过15 kV，增强了驱动器的可靠性和抗干扰能力。

封装与输入兼容性

采用薄型收缩小外形封装（TSSOP），引脚间距为20 mil，便于PCB布局。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。

应用领域

无线与电信基础设施

在无线基站和电信设备中，SNx5LVDS3xx驱动器可用于高速数据传输和时钟同步，确保信号的稳定和准确。

打印机

在打印机中，该系列驱动器可用于控制打印头的运动和数据传输，提高打印速度和质量。

详细描述

工作原理

SNx5LVDSxx设备采用单电源供电，输入为LVTTL信号，输出为符合LVDS标准的差分信号。差分输出信号在1.2 V的共模电压下，信号电平标称值为340 mV，低差分输出电压降低了辐射能量，同时差分输出方式提供了对共模耦合信号的抗干扰能力。

功能特性

• 驱动输出电压与上电复位：驱动器在3.0 V至3.6 V的电源电压范围内工作，当电源电压低于1.5 V时，上电复位电路将驱动器输出设置为高阻抗状态。
• 5 - V输入容差：驱动器能够承受高达5 V的输入信号，可与3.3 - V和5 - V的TTL逻辑标准兼容。
• NC引脚处理：未连接（NC）引脚应在电路板级接地，以优化散热性能。
• 未使用使能引脚处理：未使用的使能引脚应根据需要连接到VCC或GND。
• 驱动器等效原理图：驱动器输入由一个带有7 - V齐纳二极管的CMOS反相器级表示，输出级为差分对，具有ESD保护功能。

应用与实现

点对点通信

点对点通信是LVDS缓冲器最基本的应用场景，适用于数字数据的传输。在这种应用中，驱动器将单端输入信号转换为差分信号，通过100 - Ω的平衡互连介质传输到接收器，接收器再将差分信号转换为单端信号。

设计要求

设计参数	示例值
驱动器电源电压（Vcco）	3.0至3.6 V
驱动器输入电压	0.8至3.3 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（VccR）	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

• 驱动器电源电压：驱动器可在3 V至3.6 V的电源电压下工作，差分输出电压标称值为340 mV。
• 驱动器旁路电容：旁路电容用于在电源和地之间创建低阻抗路径，应使用小电容（nF至μF范围）并安装在集成电路附近。
• 驱动器输出电压：驱动器输出为1.2 V的共模电压，标称差分输出信号为340 mV。
• 互连介质：互连介质可以是双绞线、同轴电缆、扁平带状电缆或PCB走线，标称特性阻抗应在100 Ω至120 Ω之间。
• PCB传输线：PCB传输线的特性阻抗由走线尺寸、介电材料特性和走线间距决定，应确保差分对的特性阻抗匹配。
• 终端电阻：终端电阻应与传输线的特性阻抗匹配，以确保信号的正确传输。
• 驱动器NC引脚：NC引脚应在电路板级接地，以优化散热性能。

多点通信

多点通信拓扑中，一个驱动器和一个共享总线连接多个接收器。在这种应用中，需要特别注意互连介质的设计和终端电阻的放置。

设计要求

设计参数	示例值
驱动器电源电压（Vcco）	3.0至3.6 V
驱动器输入电压	0.8至3.3 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	2至32
接收器电源电压（VccR）	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

• 互连介质：多点系统中的互连介质需要更仔细的设计，应尽量减少分支和短截线的长度，以降低信号反射和干扰。
• 终端电阻：终端电阻应放置在传输线的末端，以吸收反射信号。

电源供应与布局建议

电源供应

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，应使用板级和局部设备级旁路电容，以减少电源噪声。

布局指南

• 微带与带状线拓扑：建议优先使用微带传输线来路由LVDS信号，以减少辐射和干扰。
• 介电类型与电路板结构：根据信号速度选择合适的介电材料，同时注意电路板的铜重量、镀层厚度和焊锡掩膜等参数。
• 推荐堆叠布局：采用至少两层独立的信号层，以减少TTL/CMOS和LVDS信号之间的串扰。
• 走线间距：差分对的走线应紧密耦合，以实现电磁屏蔽。相邻单端走线和差分对之间应保持足够的间距，以减少串扰。
• 串扰和接地反弹最小化：提供靠近信号走线的低电感返回路径，避免接地平面的不连续性。

总结

SNx5LVDS3xx系列高速差分线路驱动器具有高速、低功耗、低辐射等优点，适用于多种高速数据传输应用。在设计过程中，需要根据具体的应用场景和要求，合理选择驱动器的通道数、电源电压、互连介质和终端电阻等参数，并注意电源供应和布局设计，以确保系统的性能和可靠性。

你在使用SNx5LVDS3xx系列驱动器时遇到过哪些问题？你对本文中的设计建议有什么疑问或补充吗？欢迎在评论区分享你的经验和想法。