MAX9150：低抖动10端口LVDS中继器的技术解析

在高速数据和时钟分配的应用领域，低抖动、低功耗和小空间占用的需求日益凸显。MAX9150低抖动、10端口低电压差分信号（LVDS）中继器应运而生，为这类应用提供了出色的解决方案。下面，我们将深入解析MAX9150的各项特性、参数及应用要点。

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一、产品概述

MAX9150专为需要高速数据或时钟分配，同时又要最小化功耗、空间和噪声的应用而设计。它接收单个LVDS输入，并在10个LVDS输出端重复该信号。每个差分输出可驱动50Ω负载，适用于两端具有100Ω终端的传输线进行点对点信号分配。其超低的120ps（最大）峰 - 峰抖动（确定性和随机性）确保了在对时序误差高度敏感的高速链路中可靠通信，特别是那些包含时钟和数据恢复，或串行器和解串器的链路。在单 +3.3V电源下工作时，它能保证400Mbps的数据速率，且通道间的偏差小于100ps。

在400Mbps数据速率下，电源电流最大为160mA，在低功耗关断模式下可降至最大60µA。其输入和输出符合EIA/TIA - 644 LVDS标准，还具备故障保护功能，当输入未驱动、开路、终端或短路时，输出将被置为高电平。该器件采用28引脚TSSOP封装。

二、产品特性

（一）低抖动与低偏差

• 超低总抖动：最大120ps（峰 - 峰）的总抖动（确定性和随机性），为高速通信提供了稳定的信号质量。
• 通道间低偏差：通道间最大偏差为100ps，确保各通道信号的同步性。

（二）高速数据传输

保证400Mbps的数据速率，满足高速数据传输的需求。

（三）低功耗设计

• 关断模式低电流：关断模式下电源电流最大为60µA，有效降低功耗。
• 单电源供电：采用单 +3.3V电源供电，简化电源设计。

（四）标准兼容性与故障保护

• 符合标准：输入和输出符合EIA/TIA - 644 LVDS标准，便于与其他LVDS设备集成。
• 故障保护：当输入出现异常时，输出置为高电平，增强系统的可靠性。

（五）高阻抗输入

当 (V_{CC}=0V) 时，LVDS输入为高阻抗，避免对其他电路产生影响。

三、电气参数

（一）直流电气特性

• 输入特性：包括输入高电压、输入低电压、输入电流等参数，确保在不同输入条件下的稳定工作。
• LVDS输入特性：如差分输入高阈值、差分输入低阈值、单端输入电流等，保证对LVDS信号的准确接收。
• LVDS驱动特性：涵盖差分输出电压、输出电压变化、偏移电压、输出电阻等参数，决定了输出信号的质量。
• 电源电流特性：包括正常工作时的电源电流和关断模式下的电源电流，反映了器件的功耗情况。

（二）交流电气特性

• 传播延迟：差分传播延迟高到低和低到高的时间，影响信号传输的及时性。
• 抖动与偏差：总峰 - 峰抖动、差分输出到输出偏差、差分部分到部分偏差等参数，对高速信号的同步性和稳定性至关重要。
• 上升/下降时间：影响信号的转换速度。
• 最大输入频率：保证器件在400Mbps的输入频率下正常工作。

四、引脚说明

PIN	NAME	FUNCTION
1, 3, 11, 13, 16, 18, 20, 24, 26, 28	DO2+, DO1+, DO10+, DO9+, DO8+, DO7+, DO6+, DO5+, DO4+, DO3+	差分LVDS输出端。在IC附近的每个输出对（DO_+和DO_ - ）之间连接一个100Ω电阻，并在接收电路的输入端连接一个100Ω电阻。
2, 4, 12, 14, 15, 17, 19, 23, 25, 27	DO2-, DO1-, DO10-, DO9-, DO8-, DO7-, DO6-, DO5-, DO4-, DO3-
5	PWRDN	电源关断。将PWRDN置低可禁用所有输出并将电源电流降至60µA；置高则为正常工作模式。
6, 9, 21	GND	接地
10, 22	V CC	电源。每个V CC引脚通过0.1µF和1nF陶瓷电容旁路到地。
7	RIN+	LVDS接收器输入端。RIN+和RIN - 为高阻抗输入。从RIN+到RIN - 连接一个电阻以终止输入信号。
8	RIN-

五、详细工作原理

（一）LVDS接口标准

LVDS接口标准是一种用于点对点通信的信号方法，具有较低的电压摆幅，能在降低功耗的同时实现更高的数据速率，减少电磁干扰（EMI）排放和系统对噪声的敏感性。

（二）MAX9150工作机制

MAX9150接收LVDS输入并在10个输出端重复该信号。它能够检测0至2.4V输入电压范围内低至100mV和高至1V的差分信号。输出采用电流转向配置，产生5mA至9mA的输出电流，这种方式可减少接地反弹和直通电流，提高噪声容限和系统速度性能。

（三）故障保护机制

当输入未驱动、开路、终端或短路时，输出被置为高电平，确保在故障情况下系统的稳定性。

六、应用要点

（一）电源旁路

每个V CC引脚应尽可能靠近器件，通过并联0.1µF和1nF的高频表面贴装陶瓷电容进行旁路，且较小电容应更靠近V CC引脚。

（二）差分走线

• 阻抗匹配：使用受控阻抗走线，使走线阻抗与传输介质阻抗和终端电阻相匹配。
• 减少耦合噪声：将差分走线靠近，使噪声以共模形式耦合。
• 降低偏差：匹配走线的电气长度，避免90°转弯，减少过孔数量，防止阻抗不连续。

（三）电缆和连接器

传输介质应具有100Ω的受控差分阻抗，使用匹配差分阻抗的电缆和连接器，避免使用不平衡电缆，如带状电缆或简单同轴电缆，推荐使用双绞线等平衡电缆。

（四）终端电阻

终端电阻应与传输线的差分特性阻抗相匹配，输出电压水平取决于总终端电阻的值。输出和输入终端电阻应尽可能靠近相应的发射端和接收端，使用±1%的表面贴装电阻。

七、总结

MAX9150低抖动10端口LVDS中继器以其出色的性能和丰富的特性，为高速数据和时钟分配应用提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体需求，合理设计电源旁路、差分走线、选择合适的电缆和连接器以及正确配置终端电阻，以充分发挥MAX9150的优势。你在使用类似LVDS中继器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。