SN65LVDSxxx高速差分线驱动器和接收器：设计与应用指南

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、低功耗和抗干扰等优势，成为了众多工程师的首选。德州仪器（TI）的SN65LVDS179、SN65LVDS180、SN65LVDS050和SN65LVDS051系列LVDS线驱动器和接收器，就是这类技术中的佼佼者。今天，我们就来深入探讨一下这些器件的特性、应用以及设计要点。

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特性亮点

标准兼容性

这些器件完全符合或超越了ANSI TIA/EIA - 644 - 1995标准的要求，为设计提供了可靠的电气接口保障。在全双工信号传输方面，速率最高可达150 Mbps，某些情况下甚至能达到400 Mbps，满足了大多数高速数据传输的需求。

电气性能优越

• ESD保护：总线引脚的静电放电（ESD）能力超过12 kV，有效提高了器件在复杂电磁环境下的可靠性。
• 低功耗：在200 MHz的工作频率下，驱动器的典型功耗为25 mW，接收器为60 mW，相比传统的高速信号传输方案，大大降低了功耗。
• 低电压差分信号：典型输出电压为350 mV，配合100 - Ω负载，不仅降低了辐射能量，还提高了信号的抗干扰能力。
• 传播延迟小：驱动器的典型传播延迟时间为1.7 ns，接收器为3.7 ns，确保了信号的快速传输和处理。

输入输出特性

• 5 - V输入容忍度：LVTTL输入电平能够容忍5 V的电压，这使得该器件可以与3.3 - V和5 - V的TTL逻辑电路兼容，增加了设计的灵活性。
• 高输入阻抗：接收器在$V_{CC}<1.5 V$时仍能保持高输入阻抗，并且具有开路故障安全功能，提高了系统的稳定性。

应用领域

SN65LVDSxxx系列器件的应用非常广泛，主要包括无线基础设施、电信基础设施以及打印机等领域。在这些应用场景中，高速、可靠的数据传输是关键，而LVDS技术正好满足了这些需求。

详细设计要点

电源供应

器件采用单一3.3 - V电源供电，可支持的电压范围为3.0 V至3.6 V。在实际设计中，要注意使用旁路电容来改善电源分配电路，减少电源噪声对器件性能的影响。通常，在板级使用大电容（10至1000 μF）可以在低频段提供良好的滤波效果，但在高频段，由于其电感值较大，需要使用更小的电容（nF至μF范围）并安装在器件附近。

旁路电容计算

旁路电容的选择可以根据以下公式进行计算： $C{chip}=left(frac{Delta I{Maximum SPoange Supply Current }}{Delta V{Maximum Power Supply Noise }}right) × T{Rise Time }$ 例如，对于LVDS芯片，保守估计上升时间$T{Rise Time}$为200 ps，最大电源噪声$Delta V{Maximum Power Supply Noise}$为0.2 V，最大电源电流变化$Delta I{Maximum SPoange Supply Current}$为1 A，则旁路电容$C{chip}$为0.001 μF。

互连介质

驱动器和接收器之间的物理通信通道可以是任何满足LVDS标准的平衡配对金属导体，如双绞线、双轴电缆、扁平带状电缆或PCB走线。互连的标称特性阻抗应在100 Ω至120 Ω之间，变化不超过10%（90 Ω至132 Ω）。

PCB传输线设计

在PCB设计中，常用的传输线结构有微带线和带状线。微带线是位于PCB顶层或底层的信号走线，通过介质层与接地或电源平面分隔；带状线则是位于内层的信号走线，上下分别有接地平面。在选择传输线结构时，要综合考虑信号的高速传输需求和电磁兼容性。一般来说，如果条件允许，建议将LVDS信号路由在微带传输线上。

布局指南

• 拓扑选择：微带线和带状线各有优缺点。微带线便于设计和调整阻抗，但容易产生辐射；带状线则具有较好的屏蔽性能，但会增加电容。TI建议在可能的情况下，将LVDS信号路由在微带传输线上。
• 介质选择：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，则建议使用介电常数接近3.4的材料，如Rogers™4350或Nelco N4000 - 13。
• 堆叠设计：为了减少TTL/CMOS和LVDS之间的串扰，建议使用至少两层独立的信号平面。常见的四层和六层PCB堆叠结构可以有效提高信号的完整性。
• 走线间距：差分对之间应保持紧密耦合，以实现100 - Ω的差分阻抗，并确保电气长度相同，减少信号的偏斜和反射。对于相邻的单端走线，应遵循3 - W规则，即走线间距应大于两倍的走线宽度，以减少串扰。

应用实例

以点对点通信为例，这是LVDS缓冲器最基本的应用场景。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数字信号。在设计过程中，要注意以下几点：

• 驱动器输出电压：LVDS驱动器的输出是1.2 - V的共模电压，标称差分输出信号为340 mV，峰 - 峰差分电压为680 mV。
• 互连介质特性：互连介质的特性阻抗应与器件的输出阻抗匹配，一般为100 Ω。
• 终端电阻：为了确保信号的正确传输，终端电阻应与互连介质的特性阻抗匹配，并尽可能靠近接收器放置。

总结

SN65LVDSxxx系列高速差分线驱动器和接收器以其卓越的性能和丰富的特性，为高速数据传输提供了可靠的解决方案。在设计过程中，工程师需要综合考虑电源供应、互连介质、PCB布局等多个方面的因素，以确保系统的稳定性和可靠性。希望本文能为广大电子工程师在使用这些器件时提供一些有益的参考。你在实际设计中是否遇到过类似的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。