基于電流隔離模塊的LVDS接口電路設計

信號傳輸應用常用的方法是低壓差分信號傳輸(LVDS)。這涉及到串行數據傳輸的既有接口標準 (TIA/EIA-644)，除了極佳的節能特性和高達幾Gbps的數據速率潛力之外，它還具有很高的抗擾度。這些良好特性可歸因于內部使用的電流控制或驅動器模塊的限流功能（最大3mA）。信號差分電壓僅為 20mV。但是，它隨后在接收器側被放大回 300 mV（差分）的邏輯電平。由此獲得的好處包括電磁干擾 (EMI) 極其低、開關速度極其快等。

LVDS接口常常與控制和調節系統一起使用，大數據量必須在電子電路之間或短電纜之間發送。它還能將時鐘信號非?？焖俚胤峙浣o完整應用中的不同器件，從而使相應器件同步。工業測量應用和控制系統中的模擬前端 (AFE) 屬于LVDS 的典型應用。不過，它也常用于實現多個數據節點之間的以及視頻信號傳輸中的數字接口，例如通過 HDMI?。另一個不容忽視的方面是 LVDS電路提供電流隔離的可能性。因此，它也用于任何需要隔離通信接口的地方，例如在電子電路或背板中。

背板是含有多個連接器的電路板，用于容納各種外掛板模塊?；鞠到y利用背板可輕松實現即插即用擴展，以包括更多組件。然而，外掛模塊常常要經受高壓瞬變，因為在許多應用中，它們與連接到配電網的部件直接接觸。因此，外掛模塊容易受到雷擊等外部事件的影響。人體接觸引起的靜電放電，內部電容突然充電、反極性充電或在插拔外掛模塊時放電，也會導致高瞬變。因此，安全隔離接口對于系統是必不可少的。否則，如果發生電壓瞬變，相連組件很容易損壞，或者危及用戶。功能隔離的通信接口對工業測量儀器也很有利，因為隔離接口提供一個浮空接地，例如位于模數轉換器和微控制器之間。這樣，測量信號就不會影響和干擾應用的其余部分，也不會受其影響或干擾。

市場上已經有各種各樣用于實現隔離LVDS接口的產品。ADI公司的隔離LVDS系列是非常有效且可靠的解決方案，包括ADN4650、ADN4651 和 ADN4652，支持高達 600 Mbps 的數據速率，同時也符合非隔離LVDS接口的標準值。相比之下，標準數字隔離器只能達到 150 Mbps。由于采用 iCoupler?技術，盡管存在隔離，該系列仍能實現非常高的數據速率。這涉及到利用微機電系統 (MEMS) 實現片上變壓器，從而簡單地隔離數字信號并節省空間。

LVDS系列還提供超精密時間特性和極低的抖動（也稱為時序抖動）。抖動描述數字信號的上升沿和下降沿相對于理想時間基準的偏差。在高數據速率下，低抖動非常重要，因為以 600Mbps 的速率傳輸一比特僅需 1.6 ns。對信號上升沿或下降沿中的抖動要求是，必須讓模數轉換器有足夠的時間來達到實際的高電平或低電平，以便可以正確執行采樣。

對于 ADN465x 系列，抖動典型值為 70 ps。LVDS 模塊還提供兩個隔離 LVDS 通道，構成 ADN4651 中的發射和接收通道。ADN4652 中的通道排列與ADN4651 中的通道排列相反，而 ADN4650 僅提供發射或接收通道，具體取決于接線。ADN465x 系列利用內部 2.5 V 電源電壓工作；遺憾的是，工業系統常常沒有這種電源電壓，僅提供 3.3 V電壓。因此，ADN465x 系列中集成了低壓差穩壓器 (LDO)，其輸入端可接受 3.3 V 的外部電源電壓。模塊或其輸入端及其隔離輸出端的供電可以使用隔離式 ADuM5000 DC-DC 轉換器等實現。這樣可以選擇性地產生5 V或3.3 V的隔離輸出電壓，最大功率輸出為 500 mW。

結合 ADuM5000，該器件系列可滿足當今工業應用對隔離 LVDS接口的眾多要求。這種高度集成的解決方案還滿足標準化總線通信的所有先決條件。LVDS 接口經常用于節能應用。對此，ADN4651 和 ADuM5000 的組合是替代傳統光耦合器的極其省電的解決方案。常常需要同時隔離多個通道。

在 LVDS 應用中，通道并行使用以使吞吐速率和相應的波特率最大。所述采用 ADI 公司上述模塊的電路提供一個四通道隔離器：兩個發射通道和兩個接收通道。因此，一個電子組件上的兩個完整發射和接收通道可同時以非常高的傳輸速率進行信號傳輸。

只要符合關于最大脈沖寬度失真的要求，利用 ADN465x 系列便可輕松達到DC 至 600 Mbps 的數據速率。此外，布局中必須考慮與高速傳輸差分信號相關的一些因素。輸入側和輸出側走線應匹配，并且相對于地具有近似 50Ω 的阻抗，或信號線之間具有100Ω 阻抗。另外，建議在 LVDS 輸入端連接 100Ω 端接電阻，如圖所示。

采用ADN4651的隔離LVDS接線電路

電纜長度和連接器類型也會影響最大數據速率。使用較低數據速率（最高200 Mbps）并與支持高數據速率和帶有屏蔽線對的連接器結合時，電纜甚至可以長達數米。

ADN4650/ADN4651/ADN46521 是信號隔離式 LVDS 緩沖器，數據速率高達 600 Mbps，并且具有極低的抖動。與 ADuM5000 的這種組合使其成為高速信號傳輸的理想選擇，能夠實現短距離 600Mbps 和數米距離 200 Mbps 的傳輸速率。