德州儀器高速差分接收器：SN65LVDS系列深度剖析

在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娮釉O(shè)計領(lǐng)域，差分信號傳輸技術(shù)以其出色的抗干擾能力和高速率特性，成為眾多工程師的首選。德州儀器（TI）的SN65LVDS系列高速差分接收器，就是這一領(lǐng)域的杰出代表。今天，我們就來深入探討一下SN65LVDS32B、SN65LVDT32B、SN65LVDS3486B、SN65LVDT3486B、SN65LVDS9637B和SN65LVDT9637B這些型號的接收器。

文件下載：SN65LVDS9637BD.pdf

一、特性亮點

1. 標準兼容性與高速率

該系列接收器滿足或超越了ANSI EIA/TIA - 644標準，最高信號速率可達400 Mbps。這意味著在高速數(shù)據(jù)傳輸場景下，它能夠穩(wěn)定可靠地工作，為系統(tǒng)的高效運行提供保障。大家在設(shè)計高速數(shù)據(jù)鏈路時，是否會優(yōu)先考慮符合標準的器件呢？

2. 電源與輸入特性

• 電源：采用單一3.3 - V電源供電，簡化了電源設(shè)計。同時，其輸入電壓范圍在 - 2 V至4.4 V之間，具有較寬的共模輸入電壓范圍，這使得它在不同的電氣環(huán)境中都能穩(wěn)定工作。
• 閾值與遲滯：差分輸入閾值小于50 mV，且在整個共模輸入電壓范圍內(nèi)具有50 mV的遲滯。這種設(shè)計大大提高了對緩慢變化輸入信號的抗噪聲能力，減少了信號誤判的可能性。

3. 集成與保護特性

• 集成電阻：LVDT系列集成了110 - Ω線路終端電阻，省去了外部電阻的使用，不僅節(jié)省了電路板空間，還降低了設(shè)計成本。
• ESD保護：總線引腳的ESD保護超過15 kV HBM，能夠有效防止靜電對器件的損壞，提高了系統(tǒng)的可靠性。

4. 其他特性

• 傳播延遲：典型傳播延遲時間僅為4 ns，確保了信號的快速傳輸和處理。
• 故障安全：具備主動故障安全功能，在無輸入信號時能保證輸出為高電平，避免了在故障情況下噪聲被誤判為有效數(shù)據(jù)。
• 封裝與兼容性：采用小尺寸封裝，引腳間距為1.27 mm，并且與AM26LS32、MC3486或μA9637引腳兼容，方便工程師進行升級和替換。

二、性能提升

1. 共模電壓范圍擴展

相比標準要求，其輸入共模電壓范圍寬了2 V。這一改進將驅(qū)動器和接收器之間允許的接地噪聲容限提高到3 V，從而可以使用更長的電纜進行數(shù)據(jù)傳輸。TI的SN65LVDS/T33和SN65LVDS/T34甚至提供了 - 4至5 V的更寬輸入共模電壓范圍。大家在長距離傳輸設(shè)計中，是否會關(guān)注共模電壓范圍對系統(tǒng)的影響呢？

2. 噪聲抑制能力增強

通過精確控制差分輸入電壓閾值，并引入50 mV的輸入電壓遲滯，有效提高了對緩慢變化輸入信號的噪聲抑制能力。在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，這一特性能夠確保信號的準確性和穩(wěn)定性。

3. 集成終端電阻

SN65LVDT系列將終端電阻集成到接收器中，解決了LVDS信號高速切換時需要在電纜接收端使用線路阻抗匹配電阻的問題。同時，非終端的SN65LVDS系列也可用于多點或其他終端電路，為工程師提供了更多的設(shè)計選擇。

4. 靜電放電保護

接收器能夠承受±15 - kV人體模型（HBM）和±600 V機器模型（MM）的靜電放電，而不會對輸入引腳造成損壞。這在電纜連接等容易產(chǎn)生靜電的環(huán)境中，為系統(tǒng)的可靠性提供了重要保障。

5. 故障安全電路

專利待批的故障安全電路能夠在輸入信號丟失后的600 ns內(nèi)提供高電平輸出。常見的信號丟失原因包括電纜斷開、線路短路或發(fā)射機斷電等。這一功能不僅防止了在故障條件下噪聲被誤判為有效數(shù)據(jù)，還可用于線或總線信號傳輸。

三、應(yīng)用與選型

1. 應(yīng)用場景

這些器件主要用于在約100 Ω受控阻抗介質(zhì)上進行點對點基帶數(shù)據(jù)傳輸，傳輸介質(zhì)可以是印刷電路板走線、背板或電纜。數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罱K速率和距離取決于介質(zhì)的衰減特性以及環(huán)境噪聲的耦合情況。

2. 選型參考

工程師可以根據(jù)實際需求，如是否需要終端電阻、接收器數(shù)量等，選擇合適的型號。

四、電氣與開關(guān)特性

1. 電氣特性

在推薦的工作條件下，該系列接收器具有一系列優(yōu)秀的電氣特性。例如，正、負差分輸入電壓閾值分別為±50 mV，差分輸入故障安全電壓閾值為 - 32至 - 100 mV，差分輸入電壓遲滯為50 mV等。這些特性確保了接收器在不同輸入條件下的穩(wěn)定工作。

2. 開關(guān)特性

開關(guān)特性方面，傳播延遲時間（低到高和高到低）典型值為4 ns，故障安全激活和停用時間分別為0.3至1.5 s和小于9 ns，脈沖和輸出偏斜也在合理范圍內(nèi)。這些特性保證了信號的快速響應(yīng)和準確傳輸。

五、應(yīng)用信息

1. 電源應(yīng)用

在使用5 - V電源時，需要在VCC和接地平面之間放置一個0.1 - μF的陶瓷、云母或聚苯乙烯介質(zhì)的0805尺寸芯片電容，并盡量靠近器件端子。終端電阻值應(yīng)與傳輸介質(zhì)的標稱特性阻抗匹配，誤差在±10%以內(nèi)。未使用的使能輸入應(yīng)根據(jù)需要連接到VCC或GND。

2. 故障安全應(yīng)用

該系列接收器采用了新的集成故障安全解決方案，解決了現(xiàn)有方案的局限性。其工作原理是通過一個主接收器響應(yīng)高速輸入差分信號，同時連接兩個故障安全接收器形成窗口比較器。當輸入差分信號低于80 mV時，窗口比較器檢測到信號變化，經(jīng)過600 - ns的故障安全定時器濾波后，故障安全邏輯將主接收器輸出驅(qū)動為邏輯高電平。

3. ECL/PECL到LVTTL轉(zhuǎn)換

對于系統(tǒng)設(shè)計師來說，發(fā)射極耦合邏輯（ECL、PECL和LVPECL）常被用作物理層。TI的寬共模LVDS接收器可以直接連接到ECL驅(qū)動器，只需為ECL終端提供偏置電壓（VCC - 2 V）。通過在LVDS接收器輸入處使用一個小的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計師可以充分利用LVDS的優(yōu)勢。

六、總結(jié)

德州儀器的SN65LVDS系列高速差分接收器以其出色的性能、豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場景，為電子工程師在高速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計中提供了可靠的選擇。無論是在通信、工業(yè)控制還是其他領(lǐng)域，這些接收器都能發(fā)揮重要作用。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體需求，合理選擇型號，并注意相關(guān)的應(yīng)用細節(jié)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。大家在使用這些接收器時，是否遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。