SN65LVDS311：可编程27位显示串行接口发射器的设计与应用

在电子设计领域，对于显示接口的需求日益增长，尤其是在需要高效数据传输和低功耗的应用场景中。TI的SN65LVDS311可编程27位显示串行接口发射器，以其独特的特性和灵活的工作模式，成为了众多工程师的选择。本文将深入探讨SN65LVDS311的特点、工作原理、电气特性以及应用场景，为电子工程师们提供全面的参考。

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一、产品概述

SN65LVDS311是一款能够将27位并行输入数据通过1、2或3条串行输出链路进行传输的串行器。其引脚布局经过优化，可与OMAP3630应用处理器完美适配。该器件具有多种出色的特性，使其在众多应用中表现卓越。

1.1 产品特性

• 小巧封装：采用2.8 × 2.8mm的封装尺寸，节省了电路板空间，适合小型化设计。
• 低输入信号摆幅：输入信号摆幅为1.8V，降低了功耗和电磁干扰。
• 丰富的数据传输：可传输24位RGB数据、3位控制位、1位奇偶校验位和2位保留位，通过1、2或3条差分线进行传输。
• SubLVDS差分电压电平：提供稳定的差分信号传输，增强了抗干扰能力。
• 多种工作模式：具备三种工作模式以节省功耗，包括QVGA主动模式（典型功耗17.4mW）、VGA主动模式（典型功耗28.8mW）、关机模式（典型电流约0.5μA）和待机模式（典型电流约0.5μA）。
• 高ESD防护：ESD评级 > 3kV（HBM），提高了器件的可靠性。
• 宽像素时钟范围：像素时钟范围为4MHz - 65MHz，适应不同的应用需求。
• 故障保护：所有CMOS输入均具备故障保护功能，确保系统的稳定性。

1.2 典型应用

该器件适用于多种应用场景，如相机和嵌入式计算机等，为这些设备的显示接口提供了高效的数据传输解决方案。

二、工作原理

2.1 数据传输过程

SN65LVDS311通过并行CMOS输入接口将24位像素位和3位控制位加载到移位寄存器中。数据由像素时钟PCLK锁存到器件中。除了27位数据外，器件还会添加1位奇偶校验位和2位保留位，形成总共30位的串行数据。奇偶校验位可用于接收器检测单比特错误，采用奇校验方式。

串行移位寄存器通过1、2或3条串行输出以30、15或10倍的像素时钟数据速率上传数据。像素时钟的副本通过额外的差分输出输出。串行数据和时钟通过SubLVDS线路进行传输。

2.2 工作模式

2.2.1 序列化模式

SN65LVDS311有三种序列化模式，由链路选择引脚LS0和LS1控制：

• 1通道模式（1ChM）：当LS0和LS1均为低电平时，器件通过单个SubLVDS数据对D0传输有效负载数据。PLL锁定到PCLK并将时钟内部乘以30倍，内部高速时钟用于在D0上序列化数据。该模式适用于较小的视频显示格式，如QVGA到HVGA。
• 2通道模式（2ChM）：当LS0为高电平、LS1为低电平时，器件通过两个SubLVDS数据对D0和D1传输有效负载数据。PLL锁定到PCLK并将其内部乘以15倍，内部高速时钟用于在D0和D1上序列化数据。该模式适用于HVGA和VGA显示。
• 3通道模式（3ChM）：当LS0为低电平、LS1为高电平时，器件通过三个SubLVDS数据对D0、D1和D2传输有效负载数据。PLL锁定到PCLK并将其内部乘以10倍，内部高速时钟用于在D0、D1和D2上序列化数据。该模式支持具有非常大显示分辨率的应用，如VGA或XGA。

2.2.2 掉电模式

• 关机模式：当TXEN引脚置为低电平时，器件进入关机模式，关闭所有发射器电路，包括CMOS输入、PLL、串行器和SubLVDS发射器输出级，所有输出呈高阻抗状态，电流消耗几乎为零。
• 待机模式：当TXEN为高电平且PCLK输入频率低于500kHz时，器件进入待机模式，除PCLK输入监视器外的所有电路关闭，所有输出进入高阻抗模式，电流消耗非常低。

2.2.3 主动模式

当TXEN为高电平且PCLK输入时钟信号速度高于3MHz时，器件进入主动模式。主动模式下的电流消耗取决于工作频率和数据有效负载中的数据转换次数。主动模式又可分为获取模式（PLL接近锁定）和传输模式。

2.3 奇偶校验位生成

SN65LVDS311发射器会计算传输数据字的奇偶校验位，并相应地设置奇偶校验位。奇偶校验位涵盖24位像素数据加上VS、HS和DE共27位数据有效负载，两个保留位不包含在奇偶校验生成中。采用奇校验位信号，当27位数据位的和为偶数个1时，发射器设置奇偶校验位；否则清除奇偶校验位，以便接收器验证奇偶校验并检测单比特错误。

三、电气特性

3.1 绝对最大额定值

该器件的绝对最大额定值包括电源电压范围、输入或输出端子的电压范围、静电放电等级等。例如，电源电压范围为 -0.3V至2.175V，人体模型（HBM）静电放电等级为 ±3kV等。超过这些额定值可能会导致器件永久性损坏。

3.2 耗散额定值

以YFF封装为例，在低K电路板模型下，25°C时的功耗为692mW，高于25°C时的降额因子为7.69mW/°C，85°C时的功率额定值为148mW。

3.3 热特性

在特定测试条件下，如VDDx = 1.8V、TA = 25°C时，PCLK为4MHz时的器件功耗典型值为14.4mW，PCLK为65MHz时的典型值为44.5mW。

3.4 推荐工作条件

包括电源电压、电源电压噪声、像素时钟频率、PCLK输入占空比、工作温度等。例如，电源电压范围为1.65V至1.95V，不同模式下的像素时钟频率范围不同，1通道传输模式为4MHz - 15MHz，2通道传输模式为8MHz - 30MHz，3通道传输模式为20MHz - 65MHz。

3.5 器件电气特性

不同模式下的电流消耗不同，如1通道模式下，PCLK为4MHz时的典型电流为8.0mA，PCLK为6MHz时的典型电流为8.9mA等。

3.6 输出电气特性

包括SubLVDS输出的稳态共模输出电压、差分输出电压幅度等。例如，稳态共模输出电压典型值为0.9V，差分输出电压幅度典型值为150mV。

3.7 输入电气特性

包括高电平输入电压、低电平输入电压等。高电平输入电压范围为0.7×VDD至VDD，低电平输入电压范围为0至0.3×VDD。

3.8 开关特性

如20% - 80%差分输出信号的上升时间和下降时间典型值为250ps至500ps，PLL带宽与PCLK频率有关等。

3.9 时序特性

输出脉冲位置与PCLK相关，不同模式下有不同的计算公式。

四、应用信息

4.1 防止控制输入漏电流增加

CMOS输入浮空会导致漏电流从VDD流向GND，因此在供电时，所有输入必须连接到有效逻辑电平VIH或VOL，以最小化待机和掉电模式下的功耗。

4.2 电源设计建议

对于多层PCB，建议在器件下方保留一个公共GND层，并将所有接地端子直接连接到该平面。

4.3 去耦建议

为了最小化电源噪声底，应在SN65LVDS311电源引脚附近提供良好的去耦。使用四个陶瓷电容器（2×0.01μF和2×0.1μF）可提供良好的性能，至少应在器件附近安装一个0.1μF和一个0.01μF的电容器，并尽量减小去耦电容器与IC电源输入引脚之间的走线长度。

4.4 典型应用示例

4.4.1 VGA应用

SN65LVDS311可直接与集成FlatLink3G接收器的LCD驱动器接口，通过SPI接口配置显示。假设像素时钟速率为22MHz，显示刷新率为60Hz，颜色分辨率为24位。

4.4.2 双LCD显示应用

可通过一个应用处理器驱动两个视频模式显示器，如在像素时钟速率为5.5MHz时，数据速率为330Mbps，对应QVGA分辨率，刷新率为60Hz，消隐开销为10%。

4.5 典型应用频率

SN65LVDS311支持4MHz - 65MHz的像素时钟频率，适用于多种显示分辨率。例如，176x220（QCIF+）分辨率在90Hz刷新率下，像素时钟频率为4.2MHz，1通道模式下的串行数据速率为125Mbps。

五、总结

SN65LVDS311以其丰富的特性、灵活的工作模式和出色的电气性能，为电子工程师在显示接口设计中提供了一个可靠的解决方案。无论是在相机、嵌入式计算机还是其他显示应用中，该器件都能满足高效数据传输和低功耗的需求。在实际设计中，工程师们应根据具体的应用场景和要求，合理选择工作模式和参数，同时注意电源设计和去耦等方面的问题，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用SN65LVDS311的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。