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。
參數(shù) | 價(jià)值 |
差分傳播延遲 | 2.2納秒 |
總峰峰值抖動(dòng) | 20點(diǎn) |
差分輸出至輸出偏斜(相同器件) | 40點(diǎn) |
上升/下降時(shí)間 | 220點(diǎn) |
最大輸入頻率 | 最低 400Mbps |
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。
部分 | 描述 |
MAX9111/3 | 具有超低脈沖的單/雙LVDS線(xiàn)路接收器 SOT23 中的偏斜 |
MAX9110/2 | 具有超低脈沖偏斜的單/雙LVDS線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器 在 SOT23 中 |
MAX9150 | 低抖動(dòng)、10 端口 LVDS 中繼器 |
MAX9115 | SC70中的單LVDS線(xiàn)路接收器 |
MAX9121/2 | 四通道LVDS接收器,帶直通式引腳排列和集成 終止 |
MAX9124 | 四路LVDS線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器 |
MAX9125/6 | 帶集成端接的四通道LVDS線(xiàn)路接收器 |
MAX9152 | 800Mbps LVDS/LVPECL 至 LVDS 交叉點(diǎn)交換機(jī) |
MAX9205/7 | 總線(xiàn) LVDS 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
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