深入剖析SNx5LVDS3xx高速差分线驱动器

在电子设计领域，高速差分线驱动器扮演着至关重要的角色。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的SNx5LVDS3xx系列高速差分线驱动器，包括SN65LVDS387、SN75LVDS387、SN65LVDS389、SN75LVDS389、SN65LVDS391和SN75LVDS391等型号。

文件下载：SN75LVDS391D.pdf

一、产品特性亮点

1. 多通道驱动能力

该系列产品提供了4通道（SNx5LVDS391）、8通道（SNx5LVDS389）和16通道（SNx5LVDS387）的线驱动器选择，能满足不同应用场景下对通道数量的需求。

2. 符合标准且高速

这些驱动器满足或超越了ANSI EIA/TIA - 644标准，设计用于高达630 Mbps的信号速率，能够实现高速的数据传输。

3. 低辐射与低功耗

具备极低的辐射（EMI）特性，同时每个驱动器在200 MHz工作时的总功耗仅为35 mW，有效降低了系统的功耗和电磁干扰。

4. 低电压差分信号

采用低电压差分信号（LVDS）技术，典型输出电压为350 mV，负载为100 Ω，这种低电压信号传输方式有助于降低功耗、提高开关速度。

5. 出色的信号特性

传播延迟时间小于2.9 ns，输出偏斜小于150 ps，器件间偏斜小于1.5 ns，确保了信号的准确传输和同步性。

6. 高阻抗与ESD保护

当驱动器禁用或 (V_{CC}<1.5 V) 时，驱动器处于高阻抗状态。SN65版本的总线引脚ESD保护超过15 kV，增强了器件的可靠性。

7. 封装与输入特性

采用薄型收缩小外形封装（TSSOP），引脚间距为20 mil，便于安装。低电压TTL（LVTTL）逻辑输入具有5 - V容差，可与多种逻辑电平兼容。

二、应用领域广泛

1. 无线基础设施

在无线通信系统中，需要高速、稳定的数据传输，SNx5LVDS3xx系列驱动器能够满足其对信号速率和可靠性的要求，确保数据的准确传输。

2. 电信基础设施

在电信网络中，数据的高速传输和处理至关重要。该系列驱动器可用于电信设备的信号传输，提高系统的性能和稳定性。

3. 打印机

打印机需要快速、准确地传输图像和文字数据，SNx5LVDS3xx驱动器的高速特性和低功耗优势，能够满足打印机对数据传输的需求。

三、详细技术解析

1. 电气特性

• 输出电压：在100 Ω负载下，启用时任何16个电流模式驱动器的最小差分输出电压幅度为247 mV。
• 电源电压：推荐工作的电源电压范围为3.0 V至3.6 V，在该范围内，驱动器能满足所有指定的性能要求。
• 输入特性：输入信号为LVTTL信号，高电平输入电压 (V{IH}) 最小为2 V，低电平输入电压 (V{IL}) 最大为0.8 V。

2. 开关特性

• 传播延迟：低到高电平输出的传播延迟时间 (t{PLH}) 和高到低电平输出的传播延迟时间 (t{PHL}) 典型值分别为1.7 ns和1.6 ns，最大值均为2.9 ns。
• 上升和下降时间：差分输出信号的上升时间 (t{r}) 和下降时间 (t{f}) 典型值均为0.8 ns，最大值为1 ns。
• 偏斜特性：脉冲偏斜 (t{sk(p)}) 最大值为500 ps，输出偏斜 (t{sk(o)}) 最大值为150 ps，器件间偏斜 (t_{sk(pp)}) 最大值为1.5 ns。

3. 功能模式

SNx5LVDSxx设备的功能模式由输入A和使能EN控制，其真值表如下：	INPUT A	ENABLE EN	OUTPUTS
Y	Z
H	H	H	L
L	H	L	H
X	L	Z	Z
OPEN	H	L	H

当使能EN为低电平时，输出为高阻抗状态；当输入A为高电平时，输出Y为高电平，Z为低电平；当输入A为低电平时，输出Y为低电平，Z为高电平；当输入A悬空时，输出Y为低电平，Z为高电平。

四、应用与设计要点

1. 点对点通信

这是LVDS缓冲器最基本的应用场景，具有单个发射器（驱动器）和单个接收器。驱动器将单端输入信号转换为差分信号，通过100 Ω特性阻抗的平衡互连介质进行传输，接收器再将差分信号转换为单端信号。 设计要点包括：

• 电源电压：驱动器和接收器的电源电压范围为3.0 V至3.6 V。
• 旁路电容：使用旁路电容来创建电源和地之间的低阻抗路径，减少电源噪声。
• 输出电压：驱动器输出的共模电压为1.2 V，标称差分输出信号为340 mV。
• 互连介质：互连介质可以是双绞线、双轴电缆、扁平带状电缆或PCB走线，其标称特性阻抗应在100 Ω至120 Ω之间，变化不超过10%。
• 终端电阻：终端电阻应与传输线的特性阻抗匹配，通常为100 Ω，且应尽可能靠近接收器放置。

2. 多点通信

在多点拓扑中，一个驱动器和一个共享总线与两个或多个接收器（最多32个）一起使用。 设计要点包括：

• 互连介质：与点对点系统不同，多点系统的互连需要更仔细的考虑。应尽量减少分支的长度，以减少信号反射。
• 终端电阻：终端电阻应位于传输线的末端，以吸收入射波，减少反射。

五、布局与电源建议

1. 布局指南

• 微带与带状线拓扑：建议尽可能在微带传输线上路由LVDS信号，因为微带线在高速传输方面具有一定优势。
• 介电类型与电路板结构：对于LVDS信号，FR - 4或等效材料通常能提供足够的性能。如果信号的上升或下降时间小于500 ps，建议使用介电常数接近3.4的材料，如Rogers™4350或Nelco N4000 - 13。
• 推荐堆叠布局：为了减少TTL/CMOS与LVDS之间的串扰，建议使用至少两层独立的信号层。常见的六层板布局可以提高信号完整性，但制造成本较高。
• 走线间距：差分对之间应保持紧密耦合，以利用电磁场抵消的优势。相邻单端走线和差分对之间应遵循3 - W规则，以减少串扰。

2. 电源建议

LVDS驱动器和接收器设计为使用单电源供电，电源电压范围为2.4 V至3.6 V。在实际应用中，驱动器和接收器可能位于不同的电路板或设备中，此时应使用独立的电源。同时，应使用板级和本地设备级旁路电容来减少电源噪声。

六、总结

SNx5LVDS3xx系列高速差分线驱动器以其高速、低功耗、低辐射等特性，在无线基础设施、电信基础设施和打印机等领域具有广泛的应用前景。在设计过程中，工程师需要根据具体的应用场景，合理选择器件和布局方案，以确保系统的性能和可靠性。你在使用这类驱动器时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。