深入剖析SN65LVDS95 LVDS 串行器：特性、应用与设计要点

在高速数据传输领域，LVDS（低电压差分信号）技术凭借其低功耗、高抗干扰能力和高速率传输的优势，成为众多工程师的首选。TI 的 SN65LVDS95 作为一款典型的 LVDS 串行器，在数据传输系统中发挥着重要作用。今天，我们就来深入了解一下这款芯片。

文件下载：sn65lvds95.pdf

芯片概述

SN65LVDS95 是一款 LVDS 串行器/解串器（serdes）发射器，它集成了三个 7 位并行加载串行输出移位寄存器、一个 7 倍时钟合成器和四个低电压差分信号（LVDS）线路驱动器。这些功能使得 21 位单端 LVTTL 数据能够通过 4 个平衡对导体同步传输，供兼容的接收器（如 SN65LVDS96）接收。

特性亮点

高性能数据压缩与传输

• 3:21 数据通道压缩：能够以高达 1.428 Gbps 的吞吐量进行通信，实现高效的数据传输。
• 低 EMI：非常适合点对点子系统通信，减少电磁干扰对系统的影响。

灵活的输入输出配置

• 21 个数据通道 + 时钟输入：采用低电压 TTL 电平，3 个数据通道 + 时钟输出采用低电压差分信号。
• 单 3.3V 电源供电：典型功耗为 250 mW，数据输入具有 5V 容限。

高可靠性与稳定性

• ESD 保护：总线引脚能够承受 6kV HBM ESD，提高芯片的抗静电能力。
• 宽工作温度范围：工业温度范围为 -40°C 至 85°C，适用于各种恶劣环境。
• PLL 输入无需外部组件：输入频率范围为 20 MHz 至 68 MHz，满足不同应用的需求。

低功耗设计

• 禁用时功耗 <1 mW：在不需要工作时，能够有效降低功耗，延长设备的使用寿命。

封装优势

• 薄型收缩小外形封装：引脚间距为 20 mil，节省 PCB 空间。

工作原理

当进行数据传输时，数据位 D0 至 D20 在输入时钟信号（CLKIN）的上升沿被加载到 SN65LVDS95 的寄存器中。CLKIN 的频率被乘以 7 倍，然后用于以 7 位切片的方式串行卸载数据寄存器。三个串行数据流和一个锁相时钟（CLKOUT）被输出到 LVDS 输出驱动器。CLKOUT 的频率与输入时钟 CLKIN 相同。

电气特性

电压与电流参数

• 输入电压阈值：典型值为 1.4V。
• 差分稳态输出电压幅值：典型值为 247 - 454mV。
• 高电平输入电流：VIH = VCC 时，典型值为 20μA。
• 低电平输入电流：VIL = 0V 时，典型值为 ±10μA。
• 静态电流（平均）：使能且 RL = 100Ω 时，典型值为 85 - 110mA。

时序要求

• 输入时钟周期：最小值为 14.7ns，最大值为 50ns。
• 数据建立时间：D0 至 D27 在 CLKIN 上升沿之前的建立时间最小值为 3ns。
• 数据保持时间：D0 至 D27 在 CLKIN 上升沿之后的保持时间最小值为 1.5ns。

应用案例

16 位总线扩展

在 16 位总线应用中，来自总线收发器的 TTL 数据和时钟到达 LVDS 串行器的并行输入。片上 PLL 将时钟与输入的并行数据同步，数据被复用为三个不同的线路驱动器，完成 TTL 到 LVDS 的转换。时钟也被转换为 LVDS 并提供给单独的驱动器。在接收器端，LVDS 数据和时钟被恢复，转换回 TTL 并解复用为并行格式。

带奇偶校验的 16 位总线扩展

在上述应用的基础上，增加奇偶校验位可以提高数据传输的可靠性。发送端的收发器/奇偶校验生成器对字节进行奇偶校验计算，并将计算结果与数据一起发送。接收端的收发器/奇偶校验生成器进行奇偶校验计算，并比较输入字节与奇偶校验位的值，若不匹配则输出奇偶校验错误信号。

低成本虚拟背板收发器

LVDS 串行器可以作为虚拟背板收发器（VBT）使用。通过在子系统串行链路的两个方向上实现单个 LVDS 串行器芯片组，可以实现 VBT 的概念。设计师可以根据应用需求选择是否添加奇偶校验和控制信号的延迟线等功能，通过适当配置时钟和控制线，可以实现半双工或全双工操作。

设计要点

电源与接地

• 确保电源电压稳定在 3.3V，避免电压波动对芯片性能的影响。
• 合理布局接地引脚，减少接地噪声。

时钟信号

• 输入时钟信号的质量对数据传输至关重要，应尽量减少时钟抖动。
• 确保时钟信号的频率在芯片的工作范围内。

信号完整性

• 采用差分对布线，保持差分信号的等长和间距，减少信号干扰。
• 在 PCB 设计中，注意阻抗匹配，避免信号反射。

ESD 保护

• 在电路板上添加适当的 ESD 保护器件，进一步提高系统的抗静电能力。

总结

SN65LVDS95 以其高性能、高可靠性和低功耗的特点，在高速数据传输领域具有广泛的应用前景。工程师在使用这款芯片时，需要充分了解其特性和工作原理，合理进行电路设计和 PCB 布局，以确保系统的稳定运行。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地掌握 SN65LVDS95 的设计和应用。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。