SNx5LVDx3xx高速差分线路接收器：设计与应用详解

在高速数据传输的领域中，低电压差分信号（LVDS）技术凭借其低功耗、高速率和抗干扰能力强等优势，成为了众多电子工程师的首选。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（TI）的SNx5LVDx3xx系列高速差分线路接收器，了解其特性、应用以及设计要点。

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一、产品概述

SNx5LVDx3xx系列包括SN65LVDS386、SN65LVDS388A、SN65LVDS390等多种型号，它们是LVDS线路接收器，能够满足或超越ANSI TIA/EIA - 644标准的要求。这些接收器可实现低电压差分信号的电气特性，将5 - V差分标准电平的输出电压降低，从而减少功耗、提高开关速度，并支持3 - V电源轨供电。

二、产品特性

2.1 多通道设计

该系列产品提供4通道（如SN65LVDS390）、8通道（如SN65LVDS388A）和16通道（如SN65LVDS386）的接收器选择，可根据不同的应用需求灵活配置。

2.2 集成终端电阻

部分型号（如SNx5LVDT3xx）集成了110 - Ω线路终端电阻，可替代LVDS通信通道中所需的匹配负载线路终端，简化设计并提高信号完整性。

2.3 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应用的需求。

2.4 高ESD保护

SN65版本的总线终端ESD超过15 kV，提供了良好的静电放电保护，增强了产品的可靠性。

2.5 低功耗与高速性能

采用单3.3 - V电源供电，典型传播延迟时间仅为2.6 ns，输出偏斜为100 ps（典型值），器件间偏斜小于1 ns，在低功耗的同时保证了高速稳定的信号传输。

2.6 5 - V容限与故障保护

LVTTL电平具有5 - V容限，并且具备开路故障保护功能，提高了系统的稳定性和可靠性。

三、产品应用

3.1 无线基础设施

在无线通信系统中，SNx5LVDx3xx可用于高速数据传输，如基站与终端设备之间的数据交互，确保信号的准确传输。

3.2 电信基础设施

在电信网络中，该系列接收器可作为高速数据传输的构建模块，用于交换机、路由器等设备，实现高效的数据处理和传输。

3.3 打印机

在打印机中，可用于高速数据传输，确保打印数据的准确快速传输，提高打印效率和质量。

四、设计要点

4.1 电源供应

该系列产品设计为单电源供电，电源电压范围为2.4 V至3.6 V。在实际应用中，驱动和接收器可能位于不同的电路板或设备上，此时应使用单独的电源，并确保驱动电源和接收电源之间的接地电位差小于±1 V。同时，为了减少电源噪声，应使用板级和本地设备级旁路电容。

4.2 布局设计

4.2.1 微带与带状线拓扑

在印刷电路板（PCB）设计中，可选择微带或带状线拓扑。微带线是PCB外层的走线，而带状线是两层接地平面之间的走线。TI建议尽可能将LVDS信号路由在微带传输线上，因为微带线在高速传输方面具有一定优势。

4.2.2 介质类型与电路板构造

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。

4.2.3 推荐的堆叠布局

为了减少TTL/CMOS与LVDS之间的串扰，建议使用至少两个单独的信号层。例如，四层板的布局可以是：第一层为LVDS信号布线层，第二层为接地层，第三层为电源层，第四层为TTL/CMOS信号布线层。六层板的布局可以进一步提高信号完整性，但制造成本也会相应增加。

4.2.4 走线间距

为了减少串扰，应根据耦合程度合理设置走线间距。LVDS链路的差分对应紧密耦合，以实现电磁场抵消。同时，差分对的电气长度应相同，以确保平衡，减少偏斜和信号反射问题。

4.3 旁路电容设计

旁路电容在电源分配电路中起着关键作用。在高速环境中，应使用多层陶瓷芯片或表面贴装电容（如0603或0805尺寸），以最小化旁路电容的引线电感。其值可根据公式$C{chip}=left(frac{Delta I{Maximum Step Change Supply Current }}{Delta V{Maximum Power Supply Noise }}right) × T{Rise Time }$计算。

4.4 终端电阻设计

在LVDS通信通道中，终端电阻应与传输线的特性阻抗匹配，以确保入射波切换，提高信号传输速率。对于目标阻抗为100 Ω的传输线，终端电阻应在90 Ω至110 Ω之间。同时，终端电阻应尽可能靠近接收器，以减少电阻到接收器的短线长度。

五、应用案例

5.1 点对点通信

点对点通信是LVDS缓冲器最基本的应用之一。在这种拓扑结构中，有一个单一的发射器（驱动器）和一个单一的接收器。设计时，需要考虑驱动电源电压、驱动输入电压、驱动信号速率、互连特性阻抗、终端电阻等参数。例如，驱动电源电压范围为3.0 V至3.6 V，驱动输出为1.2 - V共模电压，标称差分输出信号为340 mV。

5.2 多点通信

在多点拓扑结构中，有一个单一的驱动器和多个接收器。与点对点通信不同，多点系统的互连需要更仔细的设计。例如，需要考虑发射器的位置、总线终端电阻的位置以及分支节点的短线长度等因素，以减少信号反射和串扰。

六、总结

SNx5LVDx3xx系列高速差分线路接收器以其出色的性能和丰富的特性，为高速数据传输应用提供了可靠的解决方案。在设计过程中，电子工程师应充分考虑电源供应、布局设计、旁路电容和终端电阻等因素，以确保系统的稳定性和可靠性。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地理解和应用该系列产品，在实际项目中取得更好的效果。

大家在使用SNx5LVDx3xx系列产品的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。