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）技术凭借其高速、低功耗和低噪声等优势，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的SNx5LVDx3xx系列LVDS线路接收器，包括其特性、应用场景、设计要点以及注意事项。

文件下载：SN65LVDS390D.pdf

一、产品概述

SNx5LVDS3xx和SNx5LVDT3xx系列是LVDS线路接收器，它们采用单电源供电，标称电压为3.3V，范围在3.0V至3.6V之间。输入信号为差分LVDS信号，输出则是LVTTL数字信号。这些接收器仅需±100mV的输入信号就能准确判断接收信号的状态，并且能够接受共模范围在0.05V至2.35V之间的输入信号。

SNx5LVDT3xx与SNx5LVDS3xx的主要区别在于，前者集成了110Ω的终端电阻，可替代LVDS通信通道中所需的匹配负载线路终端。这一特性使得SNx5LVDT3xx在点对点系统或多节点系统中作为最后一个接收器时非常实用，但在多节点系统的每个节点都使用可能会导致总线阻抗变化，从而产生信号反射和失真。

二、产品特性

2.1 高速性能

该系列接收器设计用于高达250Mbps的信号速率，典型传播延迟时间仅为2.6ns，输出偏斜为100ps（典型值），器件间偏斜小于1ns，能够满足大多数高速数据传输应用的需求。

2.2 ESD保护

SN65'型号在A、B和GND引脚的ESD等级达到Class 3, A（15000V），而SN75'型号为Class 2, A（4000V），提供了良好的静电放电保护，增强了器件的可靠性。

2.3 宽工作温度范围

SN65'型号的工作温度范围为 -40°C至85°C，适用于工业和汽车等恶劣环境；SN75'型号的工作温度范围为0°C至70°C，可满足一般商业应用的需求。

2.4 开路故障保护

当接收器输入开路时，LVDS接收器会通过300kΩ电阻将信号对的每条线路拉至接近VCC，确保输出为高电平，避免输出状态不确定的问题。

2.5 共模范围

接收器的输入共模范围为 ½ × V 至 2.4 - 1/2 × VID V，只要输入信号在该范围内且差分幅度大于或等于100mV，就能正确输出LVDS总线状态。

三、应用场景

3.1 点对点通信

这是LVDS缓冲器最基本的应用场景，适用于高速、点对点的数据传输，如无线基础设施、电信基础设施和打印机等。在点对点通信中，LVDS驱动器将单端输入信号转换为差分信号，通过100Ω特性阻抗的平衡互连介质传输，接收器再将差分信号转换为单端信号。

3.2 多节点通信

在多节点系统中，一个驱动器和一个共享总线连接多个接收器（最多32个）。这种拓扑结构需要更仔细地考虑互连介质和终端电阻的设计，以确保信号的完整性。

四、设计要点

4.1 电源设计

LVDS驱动器和接收器均采用单电源供电，电压范围为2.4V至3.6V。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上，因此需要使用旁路电容来减少电源噪声。通常，在电路板级使用大电容（10μF至1000μF），在集成电路附近使用小电容（nF至μF范围）。

4.2 互连介质选择

互连介质可以是双绞线、同轴电缆、扁平带状电缆或PCB走线，其标称特性阻抗应在100Ω至120Ω之间，变化不超过10%（90Ω至132Ω）。

4.3 终端电阻匹配

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。对于100Ω阻抗的传输线，终端电阻应在90Ω至110Ω之间。SN65LVDT3xx系列集成了终端电阻，简化了设计。

4.4 PCB布局

PCB布局对信号完整性至关重要。建议使用微带线传输LVDS信号，因为它比带状线更适合高速传输。同时，应选择合适的介电材料和电路板结构，如FR-4或Rogers™4350等。为了减少串扰和接地反弹，应提供靠近信号源的高频电流返回路径，避免接地平面出现不连续。

五、注意事项

5.1 ESD防护

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。

5.2 多节点系统应用

在多节点系统中，不应在每个节点都使用SNx5LVDT3xx，以免改变总线阻抗，导致信号反射和失真。

5.3 设计验证

TI提供的应用信息不构成组件规格的一部分，工程师应自行验证和测试设计实现，以确保系统功能的正确性。

六、总结

SNx5LVDx3xx系列LVDS线路接收器为高速数据传输提供了一种可靠、高效的解决方案。通过合理的设计和布局，能够充分发挥其高速、低功耗和低噪声的优势，满足各种应用场景的需求。在实际设计过程中，工程师需要根据具体应用需求，综合考虑电源、互连介质、终端电阻和PCB布局等因素，以确保系统的稳定性和可靠性。

希望本文对广大电子工程师在使用SNx5LVDx3xx系列接收器进行设计时有所帮助。如果你在设计过程中遇到任何问题或有其他想法，欢迎在评论区留言讨论。