摘要：ANSI EIA/TIA-644標準定義的低電壓差分信號(LVDS)非常適合包括時鐘分配、點對點以及多點之間的信號傳輸。本文描述了使用LVDS將高速通訊信號分配到多個目的端的方法。

低電壓差分信號(LVDS)非常適合時鐘分配、一點到多點之間的信號傳輸。本文描述了使用LVDS將高速信號分配到多個目的端的方法。

在一個數(shù)字系統(tǒng)中，當各個子系統(tǒng)需要相同的參考時鐘源協(xié)同工作時，時鐘分配非常重要。例如，一個基站的數(shù)字信號處理單元(DSP)，在大部分應(yīng)用中，必須由射頻處理單元同步。由鎖相環(huán)(PLL)產(chǎn)生所需的本振頻率，通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器鎖定到時鐘中心頻率上。同時，當應(yīng)用系統(tǒng)中包含射頻接收回路時，時鐘(包括信號部分)必須盡可能降低傳輸過程中的電平輻射，使用較低的電平以避免干擾。

將高速信號傳輸?shù)讲煌康亩藭r，可以采用多種策略；在這些方案中有兩種極端形式：一、用1個源/驅(qū)動器驅(qū)動所有目標端(稱為多節(jié)點傳輸)；二、每個目標端使用獨立的源/驅(qū)動器(稱為多路點到點傳輸)。圖1展示了利用兩種不同技術(shù)的傳輸方案的區(qū)別。在多節(jié)點傳輸方式中，需要一個具有足夠驅(qū)動能力的驅(qū)動器來驅(qū)動所有負載和傳輸介質(zhì)(電纜、連接器、背板等)。差分總線通常在最后一個接收器處根據(jù)特性阻抗進行終端匹配。必須努力使總線上的各支路盡可能短，以避免影響信號的完整性。在電路板布線密度日益提高的今天，有些情況下很難控制分支長度。


圖1. 多節(jié)點信號傳輸允許在單個發(fā)送器與多個接收器之間通訊，而多路點到點傳輸方式無需調(diào)整分支回路，消除了分支回路的潛在干擾問題。

相應(yīng)地，多路點到點傳輸方式使用了多個驅(qū)動器，只需明確點到點操作模式，每個驅(qū)動器只與單個接收器通信。采用這種設(shè)計架構(gòu)可以避免信號完整性問題，確保傳輸介質(zhì)的阻抗盡可能一致。

下面將要介紹的一款低抖動10端口LVDS轉(zhuǎn)接器MAX9150可以用于多路點到點信號傳輸。

MAX9150 LVDS轉(zhuǎn)接器

MAX9150適用于對電源功耗、電路板空間以及噪聲要求苛刻的高速數(shù)據(jù)或時鐘傳輸應(yīng)用。圖2中的IC能夠接收1路LVDS信號，并將其驅(qū)動至10路LVDS輸出。


圖2. MAX9150 LVDS轉(zhuǎn)接器可以將接收到的輸入信號驅(qū)動至10路輸出，MAX9110則將其輸入端的CMOS信號轉(zhuǎn)換成差分信號，MAX9111將各自的LVDS差分信號轉(zhuǎn)換成CMOS電平信號。

MAX9150的輸入端可以接受幅值最小100mV、最大1V的差分信號，要求輸入信號電平在0至2.4V范圍內(nèi)。輸出端采用電流激勵產(chǎn)生5至9mA電流輸出。由于MAX9150輸出電流信號，輸出信號的差分電平范圍由外部終端電阻的阻值決定，每個差分輸出端設(shè)計為驅(qū)動50Ω負載，允許在兩端采用100Ω匹配的傳輸線上以點到點方式傳輸信號。器件具有120ps抖動(隨機性和確定性)，應(yīng)用于對時序誤差敏感的高速互聯(lián)系統(tǒng)可保證通信的可靠性，尤其是編碼信號中嵌入的時鐘信息。高速開關(guān)確保400Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率和小于100ps的通道間偏差。MAX9150工作電源為3.3V，當傳輸信號為400Mbps時最大電流消耗為160mA。通過低功耗關(guān)斷模式，可以將電源電流降低到60μA A。當沒有輸入驅(qū)動或出現(xiàn)開路、終端電阻失效或短路時，器件內(nèi)的失效保護電路可以將輸出端置為高電平。

表1強調(diào)了MAX9150的關(guān)鍵參數(shù)。

表1. MAX9150的抖動指標

Parameter	Value
Differential Propagation Delay	2.2ns
Total Peak-to-Peak Jitter	20ps
Differential Output-to-Output Skew (same device)	40ps
Rise/Fall Time	220ps
Maximum Input Frequency	400Mbps minimum

Maxim的其它LVDS器件

表2列出了Maxim公司的一些LVDS器件，這些器件可以與MAX9150配合使用，也可以單獨使用。圖2給出了其中兩種器件與MAX9150配合使用的例子。在這個應(yīng)用中，MAX9110將CMOS電平轉(zhuǎn)換為LVDS信號提供給MAX9150，在傳輸線終端，采用SOT23封裝的MAX9111接收器將LVDS信號重新轉(zhuǎn)換到CMOS電平。







表2. Maxim提供數(shù)量眾多的LVDS IC，包括接收器、驅(qū)動器、轉(zhuǎn)接器、交叉開關(guān)、總線串行器等

Part	Description
MAX9111/3	Single/Dual LVDS Line Receivers with Ultra-Low Pulse Skew in SOT23
MAX9110/2	Single/Dual LVDS Line Drivers with Ultra-Low Pulse Skew in SOT23
MAX9150	Low-Jitter, 10-Port LVDS Repeater
MAX9115	Single LVDS Line Receiver in SC70
MAX9121/2	Quad LVDS Receivers with Flow-Through Pinout and Integrated Termination
MAX9124	Quad LVDS Line Driver
MAX9125/6	Quad LVDS Line Receivers with Integrated Termination
MAX9152	800Mbps LVDS/LVPECL to LVDS Crosspoint Switch
MAX9205/7	Bus LVDS Serializers

結(jié)論

當信號傳輸速率達到數(shù)十到數(shù)百MHz時，相對于TTL信號傳輸方式，LVDS器件通常是一個更好的選擇。其差分特性從根本上增強了抗共模干擾能力，而且降低了噪聲。與其它傳輸方式(如ECL、CML等)相比，低功耗也是該傳輸方式的一個特色，當然，電路的總體功耗通常取決于所選擇的端接技術(shù)。基于LVDS技術(shù)的集成電路適用于很多應(yīng)用，包括時鐘分配、高達400MHz以上的串行數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)?。上述Maxim的LVDS器件在傳輸這些信號時，僅產(chǎn)生很低的相位抖動和少量的功耗，具有極低的干擾。這里展示了兩種信號傳輸方式：多節(jié)點傳輸和多路點到點傳輸方式。每種傳輸方式都有自身的優(yōu)點和缺點。

MAX9150芯片構(gòu)成了高速數(shù)據(jù)或時鐘分配系統(tǒng)的核心，其它LVDS器件(如單路/多路驅(qū)動器等)用于完成電路的特定功能。Maxim也同樣提供LVDS交叉開關(guān)、總線串行器等。