SN65LVDS1、SN65LVDS2 和 SN65LVDT2：高速差分線路驅(qū)動與接收的理想之選

在電子設(shè)計領(lǐng)域，高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的 SN65LVDS1、SN65LVDS2 和 SN65LVDT2 這三款單通道低電壓差分信號（LVDS）緩沖器，它們在高速差分線路驅(qū)動與接收方面表現(xiàn)卓越。

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一、產(chǎn)品概述

SN65LVDS1 是單通道 LVDS 線路驅(qū)動器，SN65LVDS2 和 SN65LVDT2 則是單通道 LVDS 線路接收器。它們均采用小外形晶體管封裝，輸出符合 TIA/EIA - 644 標準，適用于多種應(yīng)用場景。

（一）特性亮點

1. 高速性能：驅(qū)動器信號速率高達 630 Mbps，接收器高達 400 Mbps，能滿足高速數(shù)據(jù)傳輸需求。
2. 寬電壓范圍：工作電源電壓范圍為 2.4 V 至 3.6 V，靈活性高。
3. 低功耗與低 EMI：采用低電壓差分信號，典型輸出電壓 350 mV 輸入 100 - Ω 負載，電磁輻射低，功耗小。
4. 高 ESD 耐受性：總線終端 ESD 超過 9 kV，增強了設(shè)備的可靠性。
5. 快速傳播延遲：驅(qū)動器典型傳播延遲 1.7 ns，接收器典型傳播延遲 2.5 ns。
6. 故障安全設(shè)計：接收器具有開路故障安全功能，確保在特殊情況下的穩(wěn)定輸出。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

這些設(shè)備廣泛應(yīng)用于無線基礎(chǔ)設(shè)施、電信基礎(chǔ)設(shè)施和打印機等領(lǐng)域，因其性能優(yōu)勢，也適用于從無線基站到臺式計算機等多種設(shè)計。

二、設(shè)備詳細介紹

（一）SN65LVDS1 驅(qū)動器

1. 輸出電壓與上電復(fù)位：在 2.6 V 至 3.6 V 電源電壓范圍內(nèi)正常工作，當電源電壓低于 1.5 V 時，驅(qū)動器輸出為高阻抗狀態(tài)。
2. 驅(qū)動偏移：通過感應(yīng)電路和控制環(huán)路，將輸出共模電壓保持在 1.2 V（±75 mV），在 2.6 V 至 3.6 V 電源范圍內(nèi)穩(wěn)定輸出。
3. 5 - V 輸入耐受性：輸入信號最高可達 5 V，可與 3.3 - V 和 5 - V TTL 邏輯兼容，但可能會有一定占空比失真。
4. NC 引腳處理：為優(yōu)化熱性能，建議在電路板層面將 NC 引腳接地。
5. 等效原理圖：輸入由帶 7 - V 齊納二極管的 CMOS 反相器級表示，輸出為差分對，具有 ESD 保護功能。

（二）SN65LVDS2 和 SN65LVDT2 接收器

1. 開路故障安全：當輸入開路時，通過 300 - kΩ 電阻將信號線路拉至 (V_{CC})，并通過與門檢測，使輸出為高電平。
2. 輸出電壓與上電復(fù)位：支持 2.6 V 至 3.6 V 電源電壓，電源電壓高于 3 V 時，接收器高電平輸出電壓最低為 2.4 V；2.6 V 至 3.0 V 時，最低為 1.9 V。當電源電壓低于 1.5 V 時，接收器輸入和輸出引腳為高阻抗狀態(tài)。
3. 共模范圍與電源電壓：輸入共模范圍取決于電源電壓，有效輸入信號從地到電源軌以下 0.8 V。
4. 通用比較器功能：只要輸入信號在規(guī)定的差分和共模電壓范圍內(nèi)，接收器輸出就能準確反映輸入信號。
5. 等效原理圖：SN65LVDS2 輸入為高阻抗差分對，SN65LVDT2 輸入端口有 110 - Ω 內(nèi)部終端電阻，輸入和輸出均有 7 - V 齊納二極管進行 ESD 保護。
6. NC 引腳處理：同樣建議將 NC 引腳在電路板層面接地以優(yōu)化熱性能。

（三）設(shè)備功能模式

1. (V_{CC}<1.5 ~V) 時：SN65LVDS1 驅(qū)動器輸出引腳為高阻抗，SN65LVDS2 和 SN65LVDT2 接收器輸入和輸出引腳為高阻抗。
2. (1.5 V ≤V_{CC}<2.4 V) 時：設(shè)備性能不確定，無特定保證。
3. (2.4 V ≤V_{CC}<3.6 V) 時：正常工作，部分規(guī)格在 2.4 V 至 3.6 V 電源范圍內(nèi)適用，部分規(guī)格與電源電壓有關(guān)。

三、應(yīng)用與設(shè)計要點

（一）點對點通信

1. 設(shè)計要求
   • 驅(qū)動器和接收器電源電壓范圍為 2.4 V 至 3.6 V。
   • 驅(qū)動器輸入電壓 0.8 至 5.0 V，信號速率 DC 至 400 Mbps。
   • 互連特性阻抗 100 Ω，終端電阻 100 Ω。
   • 接收器輸入電壓 0 至 (V_{CC} - 0.8) V，信號速率 DC 至 400 Mbps。
   • 驅(qū)動器和接收器之間允許 ±1 V 接地偏移。
2. 詳細設(shè)計步驟
   • 驅(qū)動器電源電壓：輸出電壓與電源電壓有關(guān)，電源在 2.4 V 至 3 V 時，最小輸出電壓可能低至 200 mV，需關(guān)注通道噪聲裕量。
   • 驅(qū)動器旁路電容：多層陶瓷芯片或表面貼裝電容可降低旁路電容的引線電感，其值可根據(jù)公式 (C{chip }=left(frac{Delta I{Maximum SPoange Supply Current }}{Delta V{Maximum Power Supply Noise }}right) × T{Rise Time }) 計算。
   • 驅(qū)動器輸入電壓：輸入可支持高達 5 V 的信號，但固定閾值 1.4 V 可能導致占空比失真，高速或?qū)φ伎毡纫蟾邥r需考慮。
   • 驅(qū)動器輸出電壓：典型差分輸出信號為 350 mV，電源在 2.4 V 至 3 V 時，最小差分輸出電壓為 200 mV，會降低噪聲裕量。
   • 互連介質(zhì)：可以是雙絞線、同軸電纜、扁平帶狀電纜或 PCB 走線，特性阻抗應(yīng)在 100 Ω 至 120 Ω 之間，變化不超過 10%。
   • PCB 傳輸線：常見結(jié)構(gòu)有微帶線和帶狀線，差分對應(yīng)保持均勻的走線寬度和間距，以維持恒定的差分阻抗。
   • 終端電阻：應(yīng)與傳輸線特性阻抗匹配，位于接收器附近，SN65LVDT2 集成了終端負載。
   • 驅(qū)動器和接收器 NC 引腳：接地以優(yōu)化熱性能。
   • 接收器輸入共模范圍：取決于電源電壓，電源為 3.3 V 時，輸入共模電壓在 GND 至 2.5 V 之間可正常工作。
   • 接收器輸出信號：電源在 3 V 至 3.6 V 時，輸出符合 LVTTL 標準；2.4 V 至 3 V 時，高輸出電壓最低為 1.9 V，需確保后續(xù)設(shè)備能正常工作。

（二）多點通信

1. 設(shè)計要求：與點對點通信類似，但接收器節(jié)點數(shù)量為 2 至 32 個。
2. 詳細設(shè)計步驟
   • 互連介質(zhì)：與點對點系統(tǒng)不同，多點系統(tǒng)的總線架構(gòu)需更謹慎設(shè)計。發(fā)射器位于總線一端可簡化設(shè)計，但靈活性降低；節(jié)點分支產(chǎn)生的短截線會改變總線負載阻抗，可能導致信號反射?？赏ㄟ^調(diào)整終端電阻來減少反射，但負載數(shù)量不穩(wěn)定時，需在噪聲預(yù)算中考慮反射影響。

四、電源供應(yīng)與布局建議

（一）電源供應(yīng)

驅(qū)動器和接收器均采用單電源供電，電壓范圍 2.4 V 至 3.6 V。不同位置的驅(qū)動器和接收器可使用獨立電源，預(yù)期接地電位差小于 |±1 V|。同時，需使用板級和本地設(shè)備級旁路電容。

（二）布局指南

1. 微帶線與帶狀線拓撲：建議優(yōu)先使用微帶線傳輸 LVDS 信號，可根據(jù)噪聲預(yù)算和反射允許范圍指定 (Z_{0}) 公差。
2. 電介質(zhì)類型與電路板結(jié)構(gòu)：FR - 4 通常適用于 LVDS 信號，上升或下降時間小于 500 ps 時，可選用介電常數(shù)接近 3.4 的材料。電路板銅重、鍍層、阻焊層等參數(shù)也會影響性能。
3. 推薦堆疊布局：為減少 TTL/CMOS 與 LVDS 串擾，建議使用至少兩層獨立信號層的電路板，如四層或六層板。
4. 走線間距：差分對應(yīng)緊密耦合以減少電磁干擾，相鄰單端走線和差分對需遵循 3 - W 規(guī)則，避免使用自動布線器時產(chǎn)生的信號不連續(xù)問題。
5. 串擾與接地反彈最小化：提供高頻電流的返回路徑，使用接地平面，保持走線短且不間斷，避免接地平面不連續(xù)。
6. 去耦：高速設(shè)備的電源和接地引腳應(yīng)通過低電感路徑連接到 PCB，旁路電容應(yīng)靠近 (V_{DD}) 引腳，使用小尺寸電容并通過過孔連接到電源和接地平面。

五、設(shè)備與文檔支持

（一）設(shè)備支持

TI 不保證第三方產(chǎn)品或服務(wù)的適用性，可訪問 http://www.ti.com/sc/datatran 了解其他 LVDS 和 LVDM 產(chǎn)品。

（二）文檔支持

提供 IBIS 建模，可聯(lián)系當?shù)?TI 銷售辦公室或訪問 www.ti.com 獲取更多信息。還可參考 IC 封裝熱指標、控制阻抗傳輸線、微帶線與帶狀線拓撲等文檔獲取應(yīng)用指南。

（三）相關(guān)鏈接

提供了 SN65LVDS1、SN65LVDS2 和 SN65LVDT2 的產(chǎn)品文件夾、樣品購買、文檔、技術(shù)、軟件工具和社區(qū)支持等快速訪問鏈接。

（四）靜電放電注意事項

這些設(shè)備內(nèi)置 ESD 保護有限，存儲或處理時應(yīng)將引腳短路或置于導電泡沫中，防止 MOS 柵極靜電損壞。

（五）術(shù)語表

可參考 SLYZ022 了解相關(guān)術(shù)語、首字母縮寫和定義。

總之，SN65LVDS1、SN65LVDS2 和 SN65LVDT2 憑借其高速、低功耗、高 ESD 耐受性等優(yōu)勢，為電子工程師提供了可靠的高速差分線路驅(qū)動與接收解決方案。在實際設(shè)計中，需根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇設(shè)備和設(shè)計參數(shù)，同時注意電源供應(yīng)和布局等方面的細節(jié)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。大家在使用這些設(shè)備時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。