长距离差分信号

文章描述:-2022年3月29日发(作者:濮森)LVDS驱动器能以超过155.5Mbps的速度驱动双绞线对,距离超过10m。 2.1 PCB板 (A)至少使用4层PCB板(从顶层到底层):LVDS信号层、地层、电源层、TTL信号层; (B)使TTL信号和LVDS信号相互隔离,否则TTL可能会耦合到LVDS线上,最好将TTL和LVDS信号放在由电源/地层隔离的不同层上; (C)使LV

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长距离差分信号2022年3月29日发(作者:濮森)


LVDS驱动器能以超过155.5Mbps的速度驱动双绞线对,距离超过10m。
2.1 PCB板
(A)至少使用4层PCB板(从顶层到底层):LVDS信号层、地层、电源层、TTL信号层;
(B)使TTL信号和LVDS信号相互隔离,否则TTL可能会耦合到LVDS线上,最好将TTL
和LVDS信号放在由电源/地层隔离的不同层上;
(C)使LVDS驱动器和接收器尽可能地靠近连接器的LVDS端;
(D)使用分布式的多个电容来旁路LVDS设备,表面贴电容靠近电源/地层管脚放置;
(E)电源层和地层应使用粗线,不要使用50Ω布线规则; (F)保持PCB地线层返回路
径宽而短;
(G)应该使用利用地层返回铜线(ground return wire)的电缆连接两个系统的地层
H) 使用多过孔(至少两个)连接到电源层(线)和地层(线),表面贴电容可以直接焊接到过孔焊
盘以减少线头。
2.2 板上导线
(A) 微波传输线(microstrip)和带状线(stripline)都有较好性能; (B) 微波传输线
的优点:一般有更高的差分阻抗、不需要额外的过孔; (C) 带状线在信号间提供了更好
的屏蔽。
2.3 差分线
(A)使用与传输媒质的差分阻抗和终端电阻相匹配的受控阻抗线,并且使差分线对离开
集成芯片后立刻尽可能地相互靠近(距离小于10mm),这样能减少反射并能确保耦合到
的噪声为共模噪声;
(B)使差分线对的长度相互匹配以减少信号扭曲,防止引起信号间的相位差而导致电磁
辐射;
(C)不要仅仅依赖自动布线功能,而应仔细修改以实现差分阻抗匹配并实现差分线的隔
离;
(D)尽量减少过孔和其它会引起线路不连续性的因素;
(E)避免将导致阻值不连续性的90°走线,使用圆弧或45°折线来代替; (F)在差
分线对内,两条线之间的距离应尽可能短,以保持接收器的共模抑制能力。在印制板上,两
条差分线之间的距离应尽可能保持一致,以避免差分阻抗的不连续性。
2.4 终端
(A)使用终端电阻实现对差分传输线的最大匹配,阻值一般在90~130Ω之间,系统也需
要此终端电阻来产生正常工作的差分电压;
(B)最好使用精度1~2%的表面贴电阻跨接在差分线上,必要时也可使用两个阻值各为50
Ω的电阻,并在中间通过一个电容接地,以滤去共模噪声。
2.5 未使用的管脚
所有未使用的LVDS接收器输入管脚悬空,所有未使用的LVDS和TTL输出管脚悬空,将未使
用的TTL发送/驱动器输入和控制/使能管脚接电源或地。
2.6 媒质(电缆和连接器)选择
(A)使用受控阻抗媒质,差分阻抗约为100Ω,不会引入较大的阻抗不连续性;
(B)仅就减少噪声和提高信号质量而言,平衡电缆(如双绞线对)通常比非平衡电缆好;( C)
电缆长度小于0.5m时,大部分电缆都能有效工作,距离在0.5m~10m之间
时,CAT 3(Categiory 3)双绞线对电缆效果好、便宜并且容易买到,距离大于10m并且要求高速
率时,建议使用CAT 5双绞线对。
2.7 在噪声环境中提高可靠性设计
LVDS 接收器在内部提供了可靠性线路,用以保护在接收器输入悬空、接收器输入短路以及


接收器输入匹配等情况下输出可靠。但是,当驱动器三态或者接收器上的电缆没有连接到驱
动器上时,它并没有提供在噪声环境中的可靠性保证。在此情况下,电缆就变成了浮动的天
线,如果电缆感应到的噪声超过LVDS内部可靠性线路的容限时,接收器就会开关或振荡。
如果此种情况发生,建议使用平衡或屏蔽电缆。另外,也可以外加电阻来提高噪声容限,如
图3所示。 图中R1、R3是可选的外接电阻,用来提高噪声容限,R2≈100Ω。


LVDS驱动器能以超过155.5Mbps的速度驱动双绞线对,距离超过10m。
2.1 PCB板
(A)至少使用4层PCB板(从顶层到底层):LVDS信号层、地层、电源层、TTL信号层;
(B)使TTL信号和LVDS信号相互隔离,否则TTL可能会耦合到LVDS线上,最好将TTL
和LVDS信号放在由电源/地层隔离的不同层上;
(C)使LVDS驱动器和接收器尽可能地靠近连接器的LVDS端;
(D)使用分布式的多个电容来旁路LVDS设备,表面贴电容靠近电源/地层管脚放置;
(E)电源层和地层应使用粗线,不要使用50Ω布线规则; (F)保持PCB地线层返回路
径宽而短;
(G)应该使用利用地层返回铜线(ground return wire)的电缆连接两个系统的地层
H) 使用多过孔(至少两个)连接到电源层(线)和地层(线),表面贴电容可以直接焊接到过孔焊
盘以减少线头。
2.2 板上导线
(A) 微波传输线(microstrip)和带状线(stripline)都有较好性能; (B) 微波传输线
的优点:一般有更高的差分阻抗、不需要额外的过孔; (C) 带状线在信号间提供了更好
的屏蔽。
2.3 差分线
(A)使用与传输媒质的差分阻抗和终端电阻相匹配的受控阻抗线,并且使差分线对离开
集成芯片后立刻尽可能地相互靠近(距离小于10mm),这样能减少反射并能确保耦合到
的噪声为共模噪声;
(B)使差分线对的长度相互匹配以减少信号扭曲,防止引起信号间的相位差而导致电磁
辐射;
(C)不要仅仅依赖自动布线功能,而应仔细修改以实现差分阻抗匹配并实现差分线的隔
离;
(D)尽量减少过孔和其它会引起线路不连续性的因素;
(E)避免将导致阻值不连续性的90°走线,使用圆弧或45°折线来代替; (F)在差
分线对内,两条线之间的距离应尽可能短,以保持接收器的共模抑制能力。在印制板上,两
条差分线之间的距离应尽可能保持一致,以避免差分阻抗的不连续性。
2.4 终端
(A)使用终端电阻实现对差分传输线的最大匹配,阻值一般在90~130Ω之间,系统也需
要此终端电阻来产生正常工作的差分电压;
(B)最好使用精度1~2%的表面贴电阻跨接在差分线上,必要时也可使用两个阻值各为50
Ω的电阻,并在中间通过一个电容接地,以滤去共模噪声。
2.5 未使用的管脚
所有未使用的LVDS接收器输入管脚悬空,所有未使用的LVDS和TTL输出管脚悬空,将未使
用的TTL发送/驱动器输入和控制/使能管脚接电源或地。
2.6 媒质(电缆和连接器)选择
(A)使用受控阻抗媒质,差分阻抗约为100Ω,不会引入较大的阻抗不连续性;
(B)仅就减少噪声和提高信号质量而言,平衡电缆(如双绞线对)通常比非平衡电缆好;( C)
电缆长度小于0.5m时,大部分电缆都能有效工作,距离在0.5m~10m之间
时,CAT 3(Categiory 3)双绞线对电缆效果好、便宜并且容易买到,距离大于10m并且要求高速
率时,建议使用CAT 5双绞线对。
2.7 在噪声环境中提高可靠性设计
LVDS 接收器在内部提供了可靠性线路,用以保护在接收器输入悬空、接收器输入短路以及


接收器输入匹配等情况下输出可靠。但是,当驱动器三态或者接收器上的电缆没有连接到驱
动器上时,它并没有提供在噪声环境中的可靠性保证。在此情况下,电缆就变成了浮动的天
线,如果电缆感应到的噪声超过LVDS内部可靠性线路的容限时,接收器就会开关或振荡。
如果此种情况发生,建议使用平衡或屏蔽电缆。另外,也可以外加电阻来提高噪声容限,如
图3所示。 图中R1、R3是可选的外接电阻,用来提高噪声容限,R2≈100Ω。

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长距离差分信号

发布时间:2022-03-29 21:36:26
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