SN65LVDS1、SN65LVDS2 和 SN65LVDT2：高速差分线路驱动与接收的理想之选

在电子设计领域，高速、可靠的数据传输至关重要。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的 SN65LVDS1、SN65LVDS2 和 SN65LVDT2 这三款单通道低电压差分信号（LVDS）缓冲器，它们在高速差分线路驱动与接收方面表现卓越。

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一、产品概述

SN65LVDS1 是单通道 LVDS 线路驱动器，SN65LVDS2 和 SN65LVDT2 则是单通道 LVDS 线路接收器。它们均采用小外形晶体管封装，输出符合 TIA/EIA - 644 标准，适用于多种应用场景。

（一）特性亮点

1. 高速性能：驱动器信号速率高达 630 Mbps，接收器高达 400 Mbps，能满足高速数据传输需求。
2. 宽电压范围：工作电源电压范围为 2.4 V 至 3.6 V，灵活性高。
3. 低功耗与低 EMI：采用低电压差分信号，典型输出电压 350 mV 输入 100 - Ω 负载，电磁辐射低，功耗小。
4. 高 ESD 耐受性：总线终端 ESD 超过 9 kV，增强了设备的可靠性。
5. 快速传播延迟：驱动器典型传播延迟 1.7 ns，接收器典型传播延迟 2.5 ns。
6. 故障安全设计：接收器具有开路故障安全功能，确保在特殊情况下的稳定输出。

（二）应用领域

这些设备广泛应用于无线基础设施、电信基础设施和打印机等领域，因其性能优势，也适用于从无线基站到台式计算机等多种设计。

二、设备详细介绍

（一）SN65LVDS1 驱动器

1. 输出电压与上电复位：在 2.6 V 至 3.6 V 电源电压范围内正常工作，当电源电压低于 1.5 V 时，驱动器输出为高阻抗状态。
2. 驱动偏移：通过感应电路和控制环路，将输出共模电压保持在 1.2 V（±75 mV），在 2.6 V 至 3.6 V 电源范围内稳定输出。
3. 5 - V 输入耐受性：输入信号最高可达 5 V，可与 3.3 - V 和 5 - V TTL 逻辑兼容，但可能会有一定占空比失真。
4. NC 引脚处理：为优化热性能，建议在电路板层面将 NC 引脚接地。
5. 等效原理图：输入由带 7 - V 齐纳二极管的 CMOS 反相器级表示，输出为差分对，具有 ESD 保护功能。

（二）SN65LVDS2 和 SN65LVDT2 接收器

1. 开路故障安全：当输入开路时，通过 300 - kΩ 电阻将信号线路拉至 (V_{CC})，并通过与门检测，使输出为高电平。
2. 输出电压与上电复位：支持 2.6 V 至 3.6 V 电源电压，电源电压高于 3 V 时，接收器高电平输出电压最低为 2.4 V；2.6 V 至 3.0 V 时，最低为 1.9 V。当电源电压低于 1.5 V 时，接收器输入和输出引脚为高阻抗状态。
3. 共模范围与电源电压：输入共模范围取决于电源电压，有效输入信号从地到电源轨以下 0.8 V。
4. 通用比较器功能：只要输入信号在规定的差分和共模电压范围内，接收器输出就能准确反映输入信号。
5. 等效原理图：SN65LVDS2 输入为高阻抗差分对，SN65LVDT2 输入端口有 110 - Ω 内部终端电阻，输入和输出均有 7 - V 齐纳二极管进行 ESD 保护。
6. NC 引脚处理：同样建议将 NC 引脚在电路板层面接地以优化热性能。

（三）设备功能模式

1. (V_{CC}<1.5 ~V) 时：SN65LVDS1 驱动器输出引脚为高阻抗，SN65LVDS2 和 SN65LVDT2 接收器输入和输出引脚为高阻抗。
2. (1.5 V ≤V_{CC}<2.4 V) 时：设备性能不确定，无特定保证。
3. (2.4 V ≤V_{CC}<3.6 V) 时：正常工作，部分规格在 2.4 V 至 3.6 V 电源范围内适用，部分规格与电源电压有关。

三、应用与设计要点

（一）点对点通信

1. 设计要求
   • 驱动器和接收器电源电压范围为 2.4 V 至 3.6 V。
   • 驱动器输入电压 0.8 至 5.0 V，信号速率 DC 至 400 Mbps。
   • 互连特性阻抗 100 Ω，终端电阻 100 Ω。
   • 接收器输入电压 0 至 (V_{CC} - 0.8) V，信号速率 DC 至 400 Mbps。
   • 驱动器和接收器之间允许 ±1 V 接地偏移。
2. 详细设计步骤
   • 驱动器电源电压：输出电压与电源电压有关，电源在 2.4 V 至 3 V 时，最小输出电压可能低至 200 mV，需关注通道噪声裕量。
   • 驱动器旁路电容：多层陶瓷芯片或表面贴装电容可降低旁路电容的引线电感，其值可根据公式 (C{chip }=left(frac{Delta I{Maximum SPoange Supply Current }}{Delta V{Maximum Power Supply Noise }}right) × T{Rise Time }) 计算。
   • 驱动器输入电压：输入可支持高达 5 V 的信号，但固定阈值 1.4 V 可能导致占空比失真，高速或对占空比要求高时需考虑。
   • 驱动器输出电压：典型差分输出信号为 350 mV，电源在 2.4 V 至 3 V 时，最小差分输出电压为 200 mV，会降低噪声裕量。
   • 互连介质：可以是双绞线、同轴电缆、扁平带状电缆或 PCB 走线，特性阻抗应在 100 Ω 至 120 Ω 之间，变化不超过 10%。
   • PCB 传输线：常见结构有微带线和带状线，差分对应保持均匀的走线宽度和间距，以维持恒定的差分阻抗。
   • 终端电阻：应与传输线特性阻抗匹配，位于接收器附近，SN65LVDT2 集成了终端负载。
   • 驱动器和接收器 NC 引脚：接地以优化热性能。
   • 接收器输入共模范围：取决于电源电压，电源为 3.3 V 时，输入共模电压在 GND 至 2.5 V 之间可正常工作。
   • 接收器输出信号：电源在 3 V 至 3.6 V 时，输出符合 LVTTL 标准；2.4 V 至 3 V 时，高输出电压最低为 1.9 V，需确保后续设备能正常工作。

（二）多点通信

1. 设计要求：与点对点通信类似，但接收器节点数量为 2 至 32 个。
2. 详细设计步骤
   • 互连介质：与点对点系统不同，多点系统的总线架构需更谨慎设计。发射器位于总线一端可简化设计，但灵活性降低；节点分支产生的短截线会改变总线负载阻抗，可能导致信号反射。可通过调整终端电阻来减少反射，但负载数量不稳定时，需在噪声预算中考虑反射影响。

四、电源供应与布局建议

（一）电源供应

驱动器和接收器均采用单电源供电，电压范围 2.4 V 至 3.6 V。不同位置的驱动器和接收器可使用独立电源，预期接地电位差小于 |±1 V|。同时，需使用板级和本地设备级旁路电容。

（二）布局指南

1. 微带线与带状线拓扑：建议优先使用微带线传输 LVDS 信号，可根据噪声预算和反射允许范围指定 (Z_{0}) 公差。
2. 电介质类型与电路板结构：FR - 4 通常适用于 LVDS 信号，上升或下降时间小于 500 ps 时，可选用介电常数接近 3.4 的材料。电路板铜重、镀层、阻焊层等参数也会影响性能。
3. 推荐堆叠布局：为减少 TTL/CMOS 与 LVDS 串扰，建议使用至少两层独立信号层的电路板，如四层或六层板。
4. 走线间距：差分对应紧密耦合以减少电磁干扰，相邻单端走线和差分对需遵循 3 - W 规则，避免使用自动布线器时产生的信号不连续问题。
5. 串扰与接地反弹最小化：提供高频电流的返回路径，使用接地平面，保持走线短且不间断，避免接地平面不连续。
6. 去耦：高速设备的电源和接地引脚应通过低电感路径连接到 PCB，旁路电容应靠近 (V_{DD}) 引脚，使用小尺寸电容并通过过孔连接到电源和接地平面。

五、设备与文档支持

（一）设备支持

TI 不保证第三方产品或服务的适用性，可访问 http://www.ti.com/sc/datatran 了解其他 LVDS 和 LVDM 产品。

（二）文档支持

提供 IBIS 建模，可联系当地 TI 销售办公室或访问 www.ti.com 获取更多信息。还可参考 IC 封装热指标、控制阻抗传输线、微带线与带状线拓扑等文档获取应用指南。

（三）相关链接

提供了 SN65LVDS1、SN65LVDS2 和 SN65LVDT2 的产品文件夹、样品购买、文档、技术、软件工具和社区支持等快速访问链接。

（四）静电放电注意事项

这些设备内置 ESD 保护有限，存储或处理时应将引脚短路或置于导电泡沫中，防止 MOS 栅极静电损坏。

（五）术语表

可参考 SLYZ022 了解相关术语、首字母缩写和定义。

总之，SN65LVDS1、SN65LVDS2 和 SN65LVDT2 凭借其高速、低功耗、高 ESD 耐受性等优势，为电子工程师提供了可靠的高速差分线路驱动与接收解决方案。在实际设计中，需根据具体应用需求，合理选择设备和设计参数，同时注意电源供应和布局等方面的细节，以确保系统的稳定运行。大家在使用这些设备时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。