高速差分线路驱动与接收器 SN65LVDM050-Q1 和 SN65LVDM051-Q1 深度解析

在电子设计领域，高速数据传输一直是工程师们关注的重点。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）推出的两款适用于汽车应用的高速差分线路驱动与接收器：SN65LVDM050-Q1 和 SN65LVDM051-Q1。

文件下载：SN65LVDM051QDQ1.pdf

产品概述

SN65LVDM050-Q1 和 SN65LVDM051-Q1 采用低压差分信号（LVDS）技术，能够实现高达 500 Mbps 的信号传输速率。这两款器件与 TIA/EIA - 644 标准兼容设备类似，但驱动器的输出电流加倍，可在 50Ω 负载上提供最小 247 mV 的差分输出电压幅度，适用于具有多个驱动器或两个线路终端电阻的数据总线。

主要特性

1. 高 ESD 保护：ESD 保护超过 2000 V（按 MIL - STD - 883 方法 3015），采用机器模型（C = 200 pF，R = 0）时超过 200 V，总线终端 ESD 超过 12 kV。
2. 低功耗：在 200 MHz 时，驱动器典型功耗为 50 mW，接收器典型功耗为 60 mW。
3. 宽温度范围：工作温度范围为 - 40°C 至 125°C，后缀为 Q1 的器件符合 AEC - Q100 集成电路应力测试资格。
4. LVTTL 输入兼容：LVTTL 输入电平具有 5 V 容差。
5. 故障保护：接收器具有开路故障保护功能。

功能表与工作原理

接收器功能表

INPUTS		R OUTPUT
VID = VA - VB	RE
VID ≥ 50 mV	L	H
- 50 MV < VID < 50 mV	L	?
VID ≤ - 50 mV	L	L
Open	L	H
X	H	Z

驱动器功能表

INPUTS		OUTPUTS
D	DE	Y	Z
L	H	L	H
H	H	H	L
Open	H	L	H
X	L	Z	Z

从功能表可以看出，接收器能够根据输入的差分电压大小输出相应的逻辑电平，而驱动器则根据输入信号和使能信号控制输出。那么，在实际应用中，我们如何根据这些功能表来设计电路呢？这就需要我们结合具体的应用场景进行分析。

电气特性

绝对最大额定值

• 电压范围（D、R、DE、RE）：- 0.5 V 至 6 V
• 电压范围（Y、Z、A、B）：- 0.5 V 至 4 V
• 静电放电：Y、Z、A、B 和 GND 为 Class 3，A：12 kV，B：600 V
• 连续功率耗散：需参考耗散额定表
• 存储温度范围：- 65°C 至 150°C
• 引脚温度（距外壳 1.6 mm 处 10 秒）：250°C

推荐工作条件

• 电源电压 (V_{CC})：3 V 至 3.6 V，标称值 3.3 V
• 高电平输入电压 (V_{IH})：2 V
• 低电平输入电压 (V_{IL})：0.8 V
• 差分输入电压幅度 (|V_{ID}|)：0.1 V 至 0.6 V
• 共模输入电压 (V{IC})：(V{CC}-0.8) V 至 2.4 V
• 工作环境温度 (T_{A})：- 40°C 至 125°C

驱动器电气特性

PARAMETER			TEST CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNIT
(	V_{OD}	)	差分输出电压幅度		(R_{L}=50Omega)	247	340	454	mV
(Delta	V_{OD}	)	逻辑状态间差分输出电压幅度变化		-	- 50	50	mV
(V_{OC(SS)})	稳态共模输出电压		-	1.125	1.2	1.375	V
(Delta V_{OC(SS)})	逻辑状态间稳态共模输出电压变化		-	- 50	50	mV

接收器电气特性

PARAMETER	TEST CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNIT
(V_{IT +})	正差分输入电压阈值	-	-	50	mV
(V_{IT -})	负差分输入电压阈值	- 50	-	-	mV
(V_{OH})	高电平输出电压	(I_{OH} = - 8) mA	2.4	-	-	V
(V_{OL})	低电平输出电压	(I_{OL} = 8) mA	-	-	0.4	V

在实际设计中，这些电气特性是我们选择器件和设计电路的重要依据。例如，我们需要根据电源电压和负载电阻来确定驱动器的输出电压和电流，以确保信号的正常传输。

开关特性

驱动器开关特性

PARAMETER	TEST CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNIT
(t_{PLH})	低到高电平输出传播延迟时间	(R{L}=50Omega)，(C{L}=10) pF	-	1.7	3	ns
(t_{PHL})	高到低电平输出传播延迟时间	(R{L}=50Omega)，(C{L}=10) pF	-	1.7	3	ns

接收器开关特性

PARAMETER	TEST CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNIT
(t_{PLH})	低到高电平输出传播延迟时间	(C_{L}=10) pF	-	3.7	4.5	ns
(t_{PHL})	高到低电平输出传播延迟时间	(C_{L}=10) pF	-	3.7	4.5	ns

信号的传播延迟时间对于高速数据传输至关重要。那么，在设计高速电路时，我们如何优化这些开关特性，以提高信号的传输质量呢？

应用信息

数据传输应用

这两款器件通常用作高速点对点数据传输的构建模块，适用于特性阻抗约为 100Ω 的受控阻抗介质，如印刷电路板走线、背板或电缆。其低共模输出和平衡接口可有效降低噪声发射，并且能够与 RS - 422、PECL 和 IEEE - P1596 等设备互操作。

故障保护功能

在差分信号应用中，当信号对上没有差分电压时，系统的响应是一个常见问题。TI 的 LVDS 接收器在处理开路输入电路情况时具有独特的故障保护功能。当驱动器处于高阻抗状态或电缆断开时，接收器通过 300 kΩ 电阻将信号对的每条线拉至接近 (V_{CC})，并使用与门检测该条件，强制输出为高电平。

封装与订购信息

器件提供多种封装选项，如 SOIC 封装，不同封装的引脚数量、包装数量和环保计划等信息可参考文档中的封装选项附录。在选择封装时，我们需要考虑哪些因素呢？例如，封装的散热性能、引脚间距和焊接工艺等。

总结

SN65LVDM050-Q1 和 SN65LVDM051-Q1 是两款性能优异的高速差分线路驱动与接收器，具有高 ESD 保护、低功耗、宽温度范围和故障保护等特性，适用于汽车和高速数据传输等多种应用场景。在设计过程中，我们需要根据具体的应用需求和电气特性来选择合适的器件和封装，并优化电路设计，以确保信号的可靠传输。你在使用类似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。