低抖動(dòng)高魯棒性的高速差模信號(hào)傳輸——LVDS緩沖

LVDS，低電壓差分信號(hào)，是一種低功耗、低誤碼率、低串?dāng)_和低輻射的差分信號(hào)技術(shù)，該傳輸技術(shù)可以達(dá)到155Mbps以上。在工業(yè)應(yīng)用中，這種差分信號(hào)有非常廣泛地使用。但是，對(duì)于高速信號(hào)傳輸，會(huì)出現(xiàn)阻抗不連續(xù)的問題，使得傳輸性能變差。

這時(shí)候，采用LVDS緩沖器來驅(qū)動(dòng)和接收底板上傳來的信號(hào)。它會(huì)將信號(hào)傳輸路徑再細(xì)分為很短的區(qū)段，以遮蔽阻抗誤配的問題，并減少信號(hào)衰減。而且在類似機(jī)器人這種工業(yè)應(yīng)用中，通常都需要將LVDS緩沖器隔離起來，避免安全風(fēng)險(xiǎn)。

ADI LVDS

ADI的隔離式LVDS將施加于LVDS接收器輸入端的差分信號(hào)通過隔離柵耦合到另一側(cè)的輸出端并將位流或時(shí)鐘作為L(zhǎng)VDS重新發(fā)射，這種全面集成高性能隔離技術(shù)下的LVDS緩沖器呈現(xiàn)出高魯棒性。iCoupler，我們熟知的ADI的隔離技術(shù)在LVDS中也有深度應(yīng)用。

上圖兩個(gè)型號(hào)是工業(yè)機(jī)器人中常用的隔離式LVDS緩沖器，iCoupler為其提供電氣隔離。ADN4654是信號(hào)隔離式低電壓差分信號(hào)（LVDS）緩沖器，能夠以低抖動(dòng)在高達(dá)1.1 Gbps的數(shù)據(jù)速率下運(yùn)行。

在低抖動(dòng)下，器件能以1.1 Gbps的任意數(shù)據(jù)速率進(jìn)行切換，最高數(shù)據(jù)速率時(shí)總抖動(dòng)在90ps左右。隨機(jī)抖動(dòng)值為2.6ps rms，整個(gè)器件的傳播延遲很低，僅為4ns，非常適合于無縫隔離具有－75dB電源紋波抑制的LDVS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

從隔離上來看，器件提供±8 kV IEC 61000-4-2 ESD跨隔離柵保護(hù)，其共模瞬變抗擾度不算特別高，大于25kV/μs。器件提供了5kV rms隔離和3.75kV rms隔離兩種選擇，在模擬前端、數(shù)據(jù)平面、高速時(shí)鐘上都能進(jìn)行有效的電氣隔離，不同的是封裝選擇，5 kV rms隔離是20引腳寬體SOIC_W封裝，3.75 kV rms隔離是20引腳SSOP封裝。

TI LVDS

TI的隔離LVDS在高壓工業(yè)系統(tǒng)中有不錯(cuò)的口碑，有三個(gè)優(yōu)勢(shì)點(diǎn)，即高電磁抗擾度、低輻射與低功耗。

TI的LVDS緩沖器都采用了雙通道的增強(qiáng)隔離，隔離電壓為8000 VPK。信號(hào)傳輸速率在50Mbps至150Mbps之間，并針對(duì)直流均衡數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化。具體來說，器件的定時(shí)性能針對(duì)與通信系統(tǒng)結(jié)合使用進(jìn)行了優(yōu)化，通信采用通過內(nèi)部失真校正方案實(shí)現(xiàn)的直流均衡數(shù)據(jù)流。

器件的傳播延遲不算特別低，有17ns，但其電磁兼容性EMC與大于±100kV/μs的CMTI均是行業(yè)頂級(jí)。同時(shí)憑借創(chuàng)新的芯片設(shè)計(jì)和布線技術(shù)，器件的電磁兼容性得到了顯著增強(qiáng)，從而可確保提供系統(tǒng)級(jí) ESD、EFT 和浪涌保護(hù)并符合輻射標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)系統(tǒng)可承受的隔離浪涌電壓高達(dá) 12800 VPK，穩(wěn)定性是毋庸置疑的。

低功耗則體現(xiàn)在當(dāng)信號(hào)處于最大傳輸速率時(shí)，每個(gè)通道的電流典型值不超過10.3mA。封裝上器件有16引腳小外形尺寸集成電路（SOIC）寬體（DW）和超寬體（DWW）封裝選擇。

安森美 LVDS

安森美的LVDS緩沖器并沒有直接進(jìn)行對(duì)器件進(jìn)行隔離，因此在抖動(dòng)上做得更低，相關(guān)指標(biāo)也更高一些，畢竟隔離的應(yīng)用肯定會(huì)影響器件的相關(guān)性能。

以比較經(jīng)典的雙AnyLevel系列中的NB4N855S為例，作為L(zhǎng)VDS緩沖器，它能夠?qū)nyLevel的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS。根據(jù)距離、系統(tǒng)設(shè)計(jì)抗擾性和傳輸線纜介質(zhì)的不同，最高數(shù)據(jù)速率為1.5 Gb/s。NB4N855S具有較寬的輸入共模范圍，GND + 50 mV 至 VCC - 50 mV。此功能適用于將差分或單端數(shù)據(jù)或時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為350 mV典型LVDS輸出電平。

這個(gè)系列能保證輸入時(shí)鐘頻率高達(dá)1.0GHz，最大的傳播延遲僅僅只有490ps，最大RMS抖動(dòng)也僅有1.0ps。不添加隔離的情況下延遲與抖動(dòng)都能做到極致，當(dāng)然采不采用隔離就看實(shí)際應(yīng)用了。

這類器件采用小型10引線MSOP封裝。主要應(yīng)用在抖動(dòng)和封裝尺寸要求的高速邏輯接口上。

小結(jié)

無論是否采用隔離，低抖動(dòng)高魯棒性的高速差模信號(hào)都是必需的。在工業(yè)應(yīng)用上，隔離式LVDS還是在安全上有更多保證，雖然犧牲了傳播延遲、抖動(dòng)等性能，但是工業(yè)應(yīng)用安全仍然是最重要的。