SN75LVDS86：高性能数据通道扩展芯片的深度解析

在电子设计领域，数据的高效传输与处理一直是工程师们关注的重点。今天我们要深入探讨的是德州仪器（TI）推出的SN75LVDS86芯片，它在数据通道扩展方面表现出色，尤其适用于SVGA、XGA或SXGA显示数据的传输。

文件下载：sn75lvds86.pdf

一、SN75LVDS86概述

SN75LVDS86是一款FlatLink接收器，采用单集成电路封装，集成了三个串行输入7位并行输出移位寄存器、一个7倍时钟合成器和四个低电压差分信号（LVDS）线路接收器。它能够通过四个平衡对导体从兼容的发射器（如SN75LVDS81、’83、’84或’85）接收同步数据，并将其扩展为21位单端低电压TTL（LVTTL）同步数据，且传输速率更低。

1. 主要特性

• 高速数据处理能力：支持高达178.5 Mbytes/s的吞吐量，满足大多数显示设备的数据传输需求。
• 低电磁干扰（EMI）：采用LVDS技术，有效降低了电磁干扰，提高了系统的稳定性。
• 低功耗设计：仅需单个3.3V电源供电，典型功耗为250mW，当禁用时功耗小于1mW。
• 宽锁相环（PLL）输入频率范围：PLL输入频率范围为31 MHz至68 MHz，无需外部组件即可实现稳定的时钟合成。
• ESD保护：总线引脚的ESD保护超过4 kV，增强了芯片的可靠性。
• 开路接收器故障安全设计：当输入未连接到LVDS驱动器时，接收器输出自动变为低电平，确保系统的安全性。

2. 引脚与封装

SN75LVDS86采用薄型收缩小外形封装（TSSOP），引脚间距为20密耳，方便PCB布局设计。其具体引脚功能在文档中有详细说明，例如Vcc为电源引脚，GND为接地引脚，D0 - D20为数据输出引脚等。

二、工作原理

1. 数据接收与处理

在接收数据时，高速LVDS数据以7倍于LVDS输入时钟（CLKIN）的速率被接收并加载到寄存器中。然后，数据以CLKIN的速率被卸载到21位宽的LVTTL并行总线上。PLL时钟合成器电路生成7倍时钟用于内部时钟，并为扩展数据提供输出时钟。芯片在输出时钟（CLKOUT）的下降沿提供有效数据。

2. 控制与管理

SN75LVDS86仅需四个差分输入的线路终端电阻，基本无需额外控制。用户唯一可能的干预是使用 shutdown/clear（SHTDN）低电平有效输入，该信号可抑制时钟并关闭LVDS接收器，以降低功耗。当该信号为低电平时，所有内部寄存器将被清零。

三、电气与开关特性

1. 电气特性

参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
VIT+	正向差分输入阈值电压			100	mV
VIT-	负向差分输入阈值电压		-100		mV
VoH	高电平输出电压	IoH = -4 mA	2.4			V
VOL	低电平输出电压	IoL = 4 mA			0.4	V
Icc	禁用，所有输入开路			280	μA
静态电流（平均）	启用，AnP = 1V，AnM = 1.4 V，tc = 15.38 ns		58	72	mA

2. 开关特性

参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
tsu2	D0 - D20有效到CLKOUT↓的建立时间	CL = 8 pF	5			ns
th2	CLKOUT到D0 - D20有效的保持时间	CL = 8 pF	5			ns
tRSKM	接收器输入偏斜余量	tc = 15.38 ns(±0.2%)，输入时钟抖动	490			ps
td	CLKIN↑到CLKOUT的延迟时间	tc = 15.38 ns(±0.2%)，CL = 8 pF		3.7		ns

这些特性为工程师在设计系统时提供了重要的参考依据，确保芯片在不同的工作条件下都能稳定运行。

四、应用案例

1. 18位彩色主机到平板显示器应用

在这种应用场景中，SN75LVDS86能够将主机输出的LVDS数据转换为LVTTL数据，以驱动平板显示器。推荐使用四个100Ω的0603类型终端电阻，未使用的输入应保持开路。

2. 24位彩色主机到18位彩色LCD面板显示器应用

同样，SN75LVDS86在该应用中发挥着数据转换和扩展的作用。更多应用信息可参考FlatLink Designer’s Guide (SLLA012)。

五、设计注意事项

1. PCB布局

在进行PCB布局时，应注意LVDS信号的布线，尽量减少信号干扰。同时，要合理安排电源和接地引脚，确保芯片的稳定性。

2. 终端电阻选择

四个100Ω的终端电阻对于差分输入至关重要，应选择合适的封装和精度，以保证信号的质量。

3. 散热设计

虽然SN75LVDS86的功耗较低，但在长时间高负载运行时，仍需考虑散热问题，避免芯片过热影响性能。

六、总结

SN75LVDS86作为一款高性能的数据通道扩展芯片，具有高速、低功耗、低EMI等诸多优点。通过深入了解其工作原理、电气特性和应用案例，工程师们可以更好地将其应用到实际设计中。在设计过程中，注意PCB布局、终端电阻选择和散热设计等方面，能够充分发挥该芯片的性能，为显示设备的数据传输提供可靠的解决方案。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。