深入解析DS90CR216A/DS90CR286A LVDS接收器：特性、应用与设计要点

在高速数据传输的领域中，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传输的特性，成为了众多应用场景下的理想选择。德州仪器（TI）推出的DS90CR216A和DS90CR286A系列LVDS接收器，在视频显示、汽车信息娱乐等领域展现出了卓越的性能。今天，我们就来深入了解一下这两款器件的特性、应用以及设计要点。

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一、产品概述

DS90CR286A和DS90CR286A - Q1能够将四个LVDS数据流转换为并行的28位LVCMOS数据，而DS90CR216A则可将三个LVDS数据流转换为并行的21位LVCMOS数据。这些接收器内部集成了PLL（锁相环），可锁定20至66 MHz的输入LVDS时钟，确保在接收器时钟输出的上升沿对输出的LVCMOS数据进行稳定采样。此外，它们还具备PWR DWN引脚，可在无有效输入数据时将设备置于低功耗模式。

二、产品特性亮点

2.1 性能卓越

• 宽时钟频率支持：支持20至66 MHz的移位时钟，能够适应不同的应用场景和数据传输速率要求。
• 低功耗设计：在66 MHz的最坏情况下，接收器功耗小于270 mW（典型值），且在电源关闭模式下功耗小于200 μW（最大值），有效降低了系统的整体功耗。
• 高ESD防护：ESD额定值大于7 kV（HBM）和700 V（EIAJ），增强了器件的可靠性和抗静电能力，减少了因静电放电而损坏的风险。
• 50%占空比输出时钟：接收器输出时钟的占空比为50%，为后续电路提供了稳定的时钟信号，有利于数据的准确采样和处理。

2.2 设计优势

• 无需外部PLL组件：内部PLL无需外部组件，简化了电路设计，降低了设计成本和电路板空间。
• 兼容LVDS标准：与TIA/EIA - 644 LVDS标准兼容，保证了与其他LVDS设备的良好互操作性。
• 多种封装选择：提供低外形的56引脚或48引脚DGG（TSSOP）封装，可根据不同的应用需求进行灵活选择。

2.3 环境适应性

支持 - 40°C至85°C的工作温度范围，并且有汽车级Q等级可供选择（AEC - Q100 Grade 3合格），能够适应各种恶劣的工作环境，满足汽车等特殊应用的要求。

三、广泛的应用场景

3.1 视频显示

在各类视频显示设备中，如液晶显示器、数字电视等，DS90CR216A和DS90CR286A可有效解决高速并行LVCMOS接口在传输数据时面临的EMI（电磁干扰）和电缆尺寸问题，实现高效、稳定的视频数据传输。

3.2 汽车信息娱乐

汽车内部的信息娱乐系统对数据传输的可靠性和稳定性要求极高。这两款接收器凭借其低功耗、高抗干扰能力和宽温度范围适应性，能够在汽车复杂的电磁环境中可靠工作，为驾驶员和乘客提供清晰、流畅的多媒体体验。

3.3 工业打印与成像

在工业打印机和成像设备中，高速、准确的数据传输是保证打印质量和成像效果的关键。DS90CR216A和DS90CR286A能够满足这些设备对数据传输速率和精度的要求，确保图像和文字的准确打印和显示。

3.4 数字视频传输

在数字视频监控、视频会议等系统中，需要将高清视频数据快速、准确地传输到显示终端。这两款接收器能够支持高分辨率视频数据的传输，为用户提供高质量的视频图像。

3.5 机器视觉

机器视觉系统需要实时处理大量的图像数据，对数据传输的速度和稳定性要求苛刻。DS90CR216A和DS90CR286A的高性能特点能够保证机器视觉系统准确、高效地工作。

四、关键设计要点

4.1 电源设计

• 电源去耦：为确保电源稳定，减少电源噪声对器件性能的影响，建议在每个VCC和接地平面之间使用三个并联的去耦电容（多层陶瓷表面贴装型），电容值分别为0.1 μF、0.01 μF和0.001 μF，优先选择0402尺寸的电容。
• 电源布线：设计时应采用宽的电源和接地走线，并确保每个电容都有独立的过孔连接到接地平面。如果电路板空间有限，应优先对PLL的VCC进行滤波和去耦，其次是LVDS的VCC引脚，最后是逻辑VCC引脚。

4.2 布局设计

• 信号完整性：在高速设计中，信号完整性至关重要。要确保差分对走线紧密耦合，以消除其他信号的干扰，并充分利用差分信号的共模噪声抵消效果。
• 走线长度匹配：对于给定的差分对，应保持信号走线长度相等，以减少信号传输延迟和失真。
• 减少阻抗不连续：通过减少信号走线上的过孔数量，避免出现90°角，使用45°弯角等方式，降低阻抗不连续性，减少信号反射。
• 阻抗匹配：匹配所选物理介质的差分阻抗，并确保该阻抗与接收器输入端跨接在差分对上的终端电阻值一致。
• 缩短LVDS输入走线：尽量使用短的走线来连接LVDS输入，以减少信号衰减和干扰。

4.3 电缆设计

• 信号线缆选择：发射器和接收器之间的电缆接口需支持差分LVDS对，DS90CR216A需要四对信号线，DS90CR286A需要五对信号线。理想的电缆接口应在整个路径上保持100 - Ω的恒定差分阻抗。
• 电缆 skew控制：为了在接收器端维持足够的数据采样窗口，建议电缆skew保持在150 ps以下（假设时钟频率为66 MHz）。根据应用和数据速率的不同，可选择不同类型的电缆，如对于较低数据速率和较短电缆长度（< 2 m）的应用，电缆的电气性能要求相对较低；而对于高速或长距离应用，则需要选择性能更优的电缆，如双同轴电缆，其在长达五米的距离内可实现高达1.386 Gbps（DS90CR216A）和1.848 Gbps（DS90CR286A）的数据传输。

4.4 数据映射与RSKM设计

• 数据映射：在设计时，需要确保LVCMOS输出与终端显示的RGB映射要求相匹配。对于8 - bit RGB数据，有两种常见的映射拓扑：LSBs映射到RxIN3±和MSBs映射到RxIN3±。不同的映射方式适用于不同的应用场景，需要根据具体需求进行选择。
• RSKM（接收器偏斜余量）设计：评估系统中RSKM的可用性是设计接收器的关键因素之一。由于电缆skew、时钟抖动和ISI（符号间干扰）的影响，实际系统中的LVDS发射器和接收器的脉冲和选通位置会存在一定的范围。为了提高RSKM性能，可通过调整LVDS时钟与LVDS数据的相对位置来改善发射器和接收器的设置和保持时间。例如，当左位余量小于右位余量时，可延迟LVDS时钟；当右位余量小于左位余量时，可均匀延迟所有LVDS数据对。在与第三方OpenLDI发射器配合使用时，必须根据Tx脉冲位置和Rx选通位置计算skew余量预算（RSKM），以确保无错误传输。

五、总结

DS90CR216A和DS90CR286A系列LVDS接收器以其卓越的性能、广泛的应用场景和灵活的设计特点，为电子工程师在高速数据传输领域提供了优秀的解决方案。在实际设计过程中，我们需要充分考虑电源设计、布局设计、电缆设计以及数据映射和RSKM等关键要点，以确保系统的稳定运行和高性能表现。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地理解和应用这两款器件，在电子设计中取得更好的成果。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。