SN65LVDS1、SN65LVDS2和SN65LVDT2：高速差分线驱动器和接收器的卓越之选

在电子设计领域，高速、可靠的数据传输一直是工程师们追求的目标。TI的SN65LVDS1、SN65LVDS2和SN65LVDT2系列低电压差分线驱动器和接收器，以其出色的性能和广泛的应用场景，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这三款器件。

文件下载：SN65LVDT2DBVT.pdf

产品概述

SN65LVDS1、SN65LVDS2和SN65LVDT2是单通道、低电压的差分线驱动器和接收器，采用小外形晶体管封装。它们的输出符合TIA/EIA - 644标准，在高达630 Mbps的驱动速率和400 Mbps的接收速率下，能为100 - Ω负载提供最小247 mV的差分输出电压。

产品特性

• 标准兼容性：满足或超越ANSI TIA/EIA - 644标准，确保了与其他符合该标准的设备的良好兼容性。
• 高速信号传输：驱动器最高可达630 Mbps，接收器最高可达400 Mbps，能满足大多数高速数据传输的需求。
• 宽电源电压范围：工作电源电压范围为2.4 - 3.6 V，适用于多种电源环境。
• 高ESD保护：总线终端ESD超过9 kV，增强了设备的可靠性和抗干扰能力。
• 低电压差分信号：典型输出电压为350 mV，能有效降低电磁辐射和功耗。
• 低传播延迟：驱动器典型传播延迟为1.7 ns，接收器典型传播延迟为2.5 ns，确保了信号的快速传输。
• 低功耗：在200 MHz时，驱动器典型功耗为25 mW，接收器典型功耗为60 mW。
• 故障安全功能：接收器具有开路故障安全功能，当输入信号异常时能保证输出的稳定性。

详细功能剖析

SN65LVDS1驱动器

• 输出电压与上电复位：在2.6 - 3.6 V的电源电压范围内，能满足所有指定的性能要求。当电源电压低于1.5 V时，上电复位电路会将驱动器输出设置为高阻抗状态。
• 驱动偏移：通过感测电路和控制回路，将输出共模电压保持在1.2 V（±75 mV），确保信号的稳定性。
• 5 - V输入容限：尽管最大电源电压为3.6 V，但输入信号最高可达5 V，可与3.3 - V和5 - V的TTL逻辑兼容。
• NC引脚处理：为了优化热性能，建议在板级将NC引脚接地。

SN65LVDS2和SN65LVDT2接收器

• 开路故障安全：当输入信号开路时，接收器通过300 - kΩ电阻将信号拉至(V_{CC})，并通过与门检测该条件，强制输出为高电平。
• 输出电压与上电复位：支持2.6 - 3.6 V的电源电压范围。当电源电压高于3 V时，接收器高电平输出电压最小为2.4 V；在2.6 - 3.0 V范围内，最小为1.9 V。当电源电压低于1.5 V时，输入和输出引脚设置为高阻抗状态。
• 共模范围与电源电压：输入共模范围取决于电源电压，有效输入信号范围为地到电源轨以下0.8 V。
• 通用比较器功能：只要输入信号在所需的差分和共模电压范围内，接收器输出就能忠实反映输入信号。

应用场景与设计要点

点对点通信

这是LVDS缓冲器最基本的应用场景，适用于数字数据的点对点传输。在设计时，需要注意以下要点：

• 电源电压：驱动器和接收器的电源电压范围为2.4 - 3.6 V，驱动器输出电压与电源电压相关，需根据实际情况选择合适的电源电压，同时关注通道噪声裕量。
• 旁路电容：旁路电容对于电源分配至关重要，建议使用多层陶瓷芯片或表面贴装电容，以减小电感。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 })计算旁路电容值。
• 输入电压：驱动器输入可支持高达5 V的信号，但固定的决策阈值为~1.4 V，可能会导致一定的占空比失真，在高速应用或对占空比要求较高的场景中需特别注意。
• 输出电压：驱动器输出的共模电压为1.2 V，差分输出信号标称值为350 mV。当电源电压在2.4 - 3 V之间时，最小差分输出电压为200 mV，会降低噪声裕量。
• 互连介质：可选用双绞线、同轴电缆、扁平带状电缆或PCB走线等平衡配对金属导体，特性阻抗应在100 - 120 Ω之间，偏差不超过10%。
• PCB传输线：常见的PCB传输线结构有微带线和带状线，微带线适用于LVDS信号传输。为保证差分阻抗恒定，需保持走线宽度和间距均匀，并确保两条线的对称性。
• 终端电阻：终端电阻应与传输线的特性阻抗匹配，通常为90 - 110 Ω，并尽量靠近接收器放置。SN65LVDT2集成了终端电阻，可简化设计。

多点通信

在多点拓扑结构中，一个驱动器和共享总线连接多个接收器（最多32个）。设计时需注意：

• 互连介质：与点对点系统不同，多点系统的总线架构需要更仔细的设计。发射器位置会影响系统的灵活性和信号反射，应尽量减少分支的短截线长度，以降低信号反射。
• 终端电阻：终端电阻应位于总线末端，以吸收入射波。当负载数量变化或分布不均匀时，需考虑信号反射对噪声预算的影响。

布局建议

微带线与带状线拓扑

建议优先使用微带线传输LVDS信号，因为它能根据整体噪声预算和反射允许值指定必要的阻抗公差。带状线虽然抗干扰能力强，但会增加额外的电容。

电介质类型与电路板结构

对于LVDS信号，FR - 4或等效材料通常能提供足够的性能。当TTL/CMOS信号的上升或下降时间小于500 ps时，建议使用介电常数接近3.4的材料，如Rogers™4350或Nelco N4000 - 13。同时，需注意电路板的铜重量、镀层厚度和焊料掩膜等参数。

推荐的堆叠布局

为减少TTL/CMOS与LVDS之间的串扰，建议使用至少两层独立的信号层。常见的四层和六层电路板布局能有效提高信号完整性，但六层电路板的制造成本较高。

走线间距

为减少串扰，差分对之间应紧密耦合，且具有相同的电气长度。对于相邻的单端走线，应遵循3 - W规则，即走线间距应大于两倍的走线宽度。同时，应避免使用自动布线器，以免影响信号质量。

串扰和接地反弹最小化

为减少串扰，应提供尽可能靠近原始走线的高频电流返回路径，通常使用接地平面。同时，应尽量缩短走线长度，避免接地平面的不连续性。

去耦

每个高速设备的电源或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})引脚放置，可使用不同电容值的阵列来扩展工作频率范围。

总结

SN65LVDS1、SN65LVDS2和SN65LVDT2系列器件以其高速、低功耗、高可靠性等优点，在无线基础设施、电信基础设施、打印机等领域得到了广泛应用。在设计过程中，工程师们需要根据具体的应用场景和要求，合理选择器件和布局方案，以确保系统的性能和稳定性。你在使用这些器件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。