SNx5LVDSxx高速差分线驱动器：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，高速数据传输一直是一个关键需求。LVDS（低电压差分信号）技术因其低功耗、高速度和抗干扰能力强等优点，在众多应用中得到了广泛应用。今天，我们就来详细探讨一下德州仪器（TI）的SN55LVDS31、SN65LVDS31、SN65LVDS3487和SN65LVDS9638这几款高速差分线驱动器。

文件下载：sn65lvds9638.pdf

一、产品概述

SNx5LVDSxx系列设备是双通道和四通道LVDS线路驱动器，它们采用单一电源供电，标称电压为3.3V，电压范围可低至3V，高至3.6V。输入信号为LVTTL信号，输出则是符合LVDS标准（TIA/EIA - 644A）的差分信号。这种低差分输出电压能有效降低辐射能量，并且差分输出特性使其对共模耦合信号具有很强的抗干扰能力。

这些驱动器旨在驱动100Ω的传输线，该传输线可以是印刷电路板（PCB）或电缆互连。当传输线终端负载与互连的特性阻抗匹配时，能实现最佳的信号质量和功率传输。

二、产品特性

（一）电气特性

1. 输出电压：在使能状态下，任何一个电流模式驱动器在100Ω负载上的最小差分输出电压幅度为247mV，典型输出电压为350mV。
2. 上升和下降时间：典型输出电压上升和下降时间为500ps（400Mbps），这使得驱动器能够实现高速信号传输。
3. 传播延迟时间：典型传播延迟时间为1.7ns，有助于保证信号的快速响应。
4. 功耗：在200MHz时，每个驱动器的典型功耗为25mW，低功耗特性适合对功率要求较高的应用。
5. ESD保护：总线终端ESD保护超过8kV，能有效保护设备免受静电放电的损害。

（二）其他特性

1. 高阻抗输出：当驱动器禁用或(V_{CC}=0)时，驱动器输出处于高阻抗状态，避免对其他电路产生干扰。
2. 引脚兼容性：引脚与AM26LS31、MC3487和μA9638兼容，方便进行电路升级和替换。
3. 冷备用功能：适用于对冗余性有要求的空间和高可靠性应用。

三、应用领域

（一）无线基础设施

在无线通信系统中，高速数据传输和低功耗是关键需求。SNx5LVDSxx驱动器能够满足这些要求，可用于基站、无线接入点等设备中，实现数据的可靠传输。

（二）电信基础设施

在电信网络中，需要处理大量的数据和高速信号。这些驱动器可以应用于交换机、路由器等设备，确保数据的高速准确传输。

（三）打印机

打印机需要快速传输图像和文本数据，SNx5LVDSxx驱动器能够提供高速的信号传输能力，提高打印机的打印速度和质量。

四、设计要点

（一）电源供应

驱动器可在3V至3.6V的单一电源下工作。在设计时，要确保电源的稳定性，建议使用旁路电容来减少电源噪声。例如，可根据公式(C{chip }=left(frac{Delta I{Maximum Stop Change Supply Current }}{Delta V{Maximum Power Supply Noise }}right) × T{Rake Time })来计算旁路电容的值。

（二）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。其标称特性阻抗应在100Ω至120Ω之间，变化不超过10%。在PCB设计中，可采用微带线或带状线结构来实现LVDS信号的传输。

（三）终端电阻

为了确保信号的最佳传输，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，并尽可能靠近接收器放置。

（四）布局设计

1. 传输线选择：如果可能，建议将LVDS信号路由在微带传输线上。微带线虽然容易受到辐射和干扰的影响，但可以根据整体噪声预算和反射允许范围来指定(Z_{0})的公差。
2. 介质和板层选择：FR - 4或等效材料通常能满足LVDS信号的性能要求。对于上升或下降时间小于500ps的TTL/CMOS信号，建议使用介电常数接近3.4的材料，如Rogers™ 4350或Nelco N4000 - 13。在板层设计上，可采用至少两层独立的信号层，以减少TTL/CMOS与LVDS之间的串扰。
3. 走线间距：差分对之间应紧密耦合，以实现电磁场的抵消。同时，差分对的电气长度应相同，以确保平衡，减少信号偏斜和反射问题。对于相邻的单端走线，可采用3 - W规则来确定走线间距。

五、总结

SNx5LVDSxx高速差分线驱动器具有出色的电气性能和丰富的特性，适用于多种高速数据传输应用。在设计过程中，我们需要充分考虑电源供应、互连介质、终端电阻和布局设计等因素，以确保驱动器能够发挥最佳性能。希望通过本文的介绍，能帮助电子工程师更好地理解和应用这些驱动器，设计出更加高效、稳定的电路系统。

大家在使用这些驱动器的过程中，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。