使用低壓差分信號(hào)LVDS進(jìn)行高速信號(hào)分配

ANSI EIA/TIA-644 低壓差分信號(hào) （LVDS） 標(biāo)準(zhǔn)非常適合各種應(yīng)用，包括時(shí)鐘分配、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)信號(hào)分配。本文介紹使用LVDS信令將高速通信信號(hào)分發(fā)到不同目的地的方法。

低壓差分信號(hào)（LVDS）非常適合各種應(yīng)用，包括時(shí)鐘分配和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)信號(hào)分配。本說(shuō)明介紹了將高速信號(hào)分發(fā)到不同目的地的方法。

時(shí)鐘分配在數(shù)字系統(tǒng)中非常重要，因?yàn)閿?shù)字系統(tǒng)需要不同的子系統(tǒng)使用相同的時(shí)鐘參考。例如，在大多數(shù)情況下，基站的DSP部分必須與射頻信號(hào)處理部分同步，鎖相環(huán)（PLL）產(chǎn)生所需的本地振蕩器頻率，模數(shù)轉(zhuǎn)換器鎖定到中央時(shí)鐘參考。此外，當(dāng)使用包含無(wú)線(xiàn)電接收器的應(yīng)用時(shí)，時(shí)鐘（和信號(hào)）必須以盡可能低的發(fā)射水平分配，以避免干擾低電平信號(hào)路徑。

當(dāng)將高速信號(hào)分配到不同的目的地時(shí)，可以采用各種策略。兩種方法代表了您找到策略范圍的極端情況：一種，從單一來(lái)源/驅(qū)動(dòng)因素驅(qū)動(dòng)所有目的地（稱(chēng)為“多點(diǎn)分布”）;第二，為每個(gè)目標(biāo)使用單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)程序（稱(chēng)為“多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分布”）。 圖 1 顯示了這兩種分布類(lèi)型與兩種典型技術(shù)之間的差異。在多點(diǎn)分配中，具有足夠驅(qū)動(dòng)能力的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所有接收器和中間介質(zhì)（電纜、連接器、背板）。總線(xiàn)通常以其特性阻抗端接在最終接收器處。必須努力使總線(xiàn)上的所有“存根”或分支盡可能短，以避免可能的信號(hào)完整性問(wèn)題。在當(dāng)今的高密度印刷電路板上，控制短截線(xiàn)長(zhǎng)度并不總是那么簡(jiǎn)單。

圖1.多點(diǎn)信號(hào)分配允許一個(gè)發(fā)射器和多個(gè)接收器之間進(jìn)行通信，而多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信號(hào)分配不需要調(diào)諧短截線(xiàn)，消除了這些短截線(xiàn)可能產(chǎn)生的干擾。

相比之下，多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)策略采用多個(gè)驅(qū)動(dòng)器，只需為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)操作指定這些驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)槊總€(gè)驅(qū)動(dòng)器都與單個(gè)本地端接接收器通信。通過(guò)這種方案，減少了信號(hào)完整性的問(wèn)題，以確保介質(zhì)的阻抗盡可能均勻;消除了存根可能造成的干擾。

可用于多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信號(hào)分配的IC是新型MAX9150低抖動(dòng)10端口LVDS中繼器，將在以下章節(jié)中介紹。

MAX9150 LVDS中繼器的特性

MAX9150適合需要高速數(shù)據(jù)或時(shí)鐘分配的應(yīng)用，同時(shí)最大限度地降低功耗和電路板空間以及產(chǎn)生的噪聲。圖2中的IC接受單個(gè)LVDS輸入，并在10個(gè)LVDS輸出中的每一個(gè)輸出上復(fù)制該輸入。

圖2.MAX9150中繼器將輸入端接收到的LVDS信號(hào)分配到多達(dá)9110個(gè)位置。MAX9111將施加于其輸入端的CMOS信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS信號(hào)。MAX<>將大量相同的LVDS信號(hào)轉(zhuǎn)換為CMOS電平。

MAX9150的輸入接受100至1.0V輸入電壓范圍內(nèi)幅度低至2mV、高至4V的差分信號(hào)。其輸出使用電流導(dǎo)引電路產(chǎn)生 5mA 至 9mA 輸出電流。外部阻性端接決定差分信號(hào)擺幅的大小，因?yàn)镸AX9150提供電流輸出。每個(gè)差分輸出旨在驅(qū)動(dòng)50Ω，允許在傳輸線(xiàn)上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分配信號(hào)，每端有100Ω端接。該器件表現(xiàn)出最大120ps的峰峰值抖動(dòng)（確定性和隨機(jī)性），可確保在對(duì)時(shí)序誤差敏感的高速鏈路上進(jìn)行可靠通信，尤其是那些包含嵌入式時(shí)鐘信息的鏈路。其高速開(kāi)關(guān)保證了 400Mbps 的數(shù)據(jù)速率和小于 100ps 的通道間偏斜。MAX9150工作在3.3V電壓，在160Mbps時(shí)最大功耗為400mA。低功耗停機(jī)模式可將電源電流減小至 60μA，而故障安全功能可在輸入未驅(qū)動(dòng)和開(kāi)路、端接或短路時(shí)將輸出設(shè)置為高電平。

表1給出了MAX9150的一些關(guān)鍵參數(shù)。

表 1.MAX9150的低抖動(dòng)體現(xiàn)了其出色的性能。

其他 Maxim LVDS 電路

下表2列出了其他Maxim LVDS IC。這些器件可與MAX9150配合使用，也可作為獨(dú)立器件使用。圖2所示為其中兩個(gè)器件用于支持MAX9150的示例。MAX9110將CMOS電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS電平，為MAX9150供電。在傳輸線(xiàn)末端，MAX9111微型SOT23接收器將LVDS信號(hào)轉(zhuǎn)換回CMOS電平。

表 2.Maxim提供多種LVDS IC，包括接收器、驅(qū)動(dòng)器、中繼器、交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)和總線(xiàn)串行器。

結(jié)論

當(dāng)信令速度達(dá)到數(shù)十和數(shù)百M(fèi)Hz時(shí)，LVDS器件通常是實(shí)現(xiàn)該信令的更好選擇，而不是TTL。其差分特性提高了其對(duì)共模噪聲的抗擾度，并降低了其產(chǎn)生的噪聲。它通常也比其他信號(hào)系統(tǒng)（如 ECL 和 CML）消耗更少的功率;但是，消耗的功率通常取決于所使用的端接技術(shù)?；贚VDS技術(shù)的集成電路在許多應(yīng)用中都很有用，包括以高達(dá)400Mbps或更高的速度分配時(shí)鐘和串行數(shù)據(jù)信號(hào)。此處所示的特定Maxim器件以低抖動(dòng)分配這些信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生很少的噪聲，同時(shí)消耗適量的功率。這里展示了兩種信號(hào)分布技術(shù)：多點(diǎn)分布和多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分布。每種技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

MAX9150中繼器是高速數(shù)據(jù)或時(shí)鐘分配系統(tǒng)的核心，以本文為例。其他Maxim LVDS器件，如線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器和多線(xiàn)路接收器，完善了整個(gè)系統(tǒng)。Maxim還提供LVDS交叉點(diǎn)開(kāi)關(guān)和總線(xiàn)串行器。

審核編輯：郭婷