采用LVDS接收器解决非LVDS应用中的问题

2006-05-07 15:49:53来源: 电子产品世界

    本文描述TI的客户在不用LVDS(低压差分信号传输)驱动器时,如何采用LVDS接收器于其他驱动器配合解决一些简单的问题。

    问题 1:“我不想把5V PECL放在我的系统中。”t1.gif (14903 字节)

    这个客户正在设计一个电池供电的3.3VDC子系统。不幸的是,他不得不从一个5 VDC的差分PECL带偏置的发射极偶合逻辑驱动器那里接收数据信号。但是,他不希望他的子系统里有5VDC电压。同时,这个客户也正在寻找减小系统功耗和延长电池寿命的方法。这个系统采用8个负载的多点联结结构。

    他的解决方案出奇地简单。他把t2.gif (18338 字节)220Ω的电阻并联在差分PECL的输入电路里,并在最后一个接收器的末端再并联110欧姆的电阻。PECL数据以50Mbps的速率在2米长的CAT5电缆上传送。

     LVDS常被人认为是一个高速器件。但是,该用户知道它或多或少要消耗一部分电能,所以他没有把速度提得很高,或传输距离弄得很远。他希望靠一节电池能做更多的事。他估计采用LVDS接收器可能会将系统工作的时间翻倍。

    另外一个客户也介绍了一个与此相t3.gif (7649 字节)象的应用,该客户曾在100Mbps的速率下优化系统的功耗。他采用TI的LVDS32A,该器件具有一个改进的共模电压(VICM)输入范围。借助这一特性,信号传输线不必接参考地,就能以“线至线(line-to-line)”的方式与110欧姆的电阻相连。LVDS32A能够控制在4.4VPECL的输入共模电压,因此,无须采用分压电阻。

    第2个电路是TI在实验室中做的,并且对它做了“眼图”分析。正如图3所示,电路在t4.gif (9577 字节)100Mbps的传输速率时性能最好。上面的波形是接收器的LVDS输入信号,下面的波形是接收器的输出信号。很明显,可以将信号速率增加至200Mbps或300Mbps。300Mbps速率下的波形参见图4。上面的波形是接收器的LVDS输入,下面的波形是接收器的输出信号。速率越高,电缆对信号的影响就越大。当超过330Mbps以后,信号就衰减得非常快。由此可见,LVDS不仅适合高速应用,也适合低电压应用。

    问题2:“我的晶振输出看起来不太好!”或“当时钟信号有好的边沿(edges)时,处理板似乎工作得更好。”

t5.gif (13333 字节)    另外一个客户反映,他的晶振输出信号需要在“整形”后,才能分配给处理板。他采用了施密特触发器解决方案。根据振荡器的类型,他有时把一个变压器放在施密特触发器的前边,以此来提高输入电平。他手头有个LVDM180收发器件,其中有一个接收器没有派上用场。现在,他用这个接收器“整形时钟信号”。参见图5。

    在这个用户的处理板上,有好几处有趣的LVDS应用。“这个应用如此简单,一下子就把我吸引住了”。这个客户意识到LVDS是一个高速的比较器,这正中他的下怀。他说这个电路让他的产品有速度优势,并且功耗低、元件数目少和成本低廉。

    我曾经采用好几种晶振做实验,甚至用LC谐振回路做实验。我发现,由于不同的晶振有不同的波形t6.gif (12465 字节)输出,我不得不用10k欧姆的电位器取代R2。调节R2的值,占空比就会在很大的范围变化。100MHz晶振的测试结果参见图6。在该电路中, LVDM1801的反向输入引脚(11),而不是它的非反向输入引脚(12),与晶振输出相连。
    如果你的时钟信号有点象正弦波,那么就尝试一下这个方法吧。这个电路给我留下了深刻的印象。

 

    问题3:“我可以用LVDS接收高速5V CMOS数据吗?”

    一个客户问我是否可以用LVDS接收CAT5电缆(长度10米)所传送的高速数字视频信号。这个t7.gif (23002 字节)客户想采用一个单端的5V高速CMOS驱动器,但他不知道准确的器件编号。他要接收的300Mbps视频信号。他说,由于传输的是视频信号,有几个误码无关大局。

    一种解决方案见示意图7。我选择SN54AHO4 6反相器作为5VCMOS驱动器,与之匹配的电缆是Belden公司的Mediatwist牌产品(因为我手头只有这种产品)。在300Mbps速率时,为了让阻抗匹配,我把末端电阻调整到100欧姆,选这个值可能使输入信号低于正常的输入范围(VICM约为1.2VDC)。在实际应用中,为了减少驱动器和接收器之间的接地电势差(VGPD),驱动器电源和接收器电源的地要连在一起。

    图8的波形证明了可以采用LVDS接t8.gif (8839 字节)收视频数据。上面的波形是LVDS32输入管脚端的数字视频信号,下面的波形是接收器的输出信号。

    正如前面所提到的,客户认为有几个误码并不影响视频传输的质量。所以有必要做一个BER(误码率)测试,看看电路到底能跑多快。我在BER测试仪里放置了一个图形发生器,它只能输出最大2.0VDC的VIH。如果AHC04的工作电源VCC为5V,将会导致系统出错。所幸的是,AHO4反相器的VCC电压范围是2.5V~5V。所以,我将VCC设置在3.3VDC,BER测试仪运行在VIH=2.5V和VIL=1.2VDC的状态。我在t9.gif (10597 字节)400Mbps的速率开始做实验时,记录到了BER,每一次将速率降低10Mbps,逐步做测试,直到在340Mbps速率下不再出现误码时为止(BER结果见图9)。

    从图9中可以看出,在350Mbps时,误码率为10~13,亦即每10万亿(trillion)位中有一位误码。因为这是视频信号,所以,这样的误码率几乎不影响图象质量。另外,误码率越小,花费的测试时间越长。例如,在300Mbps时,传送1013位的数据需要花9.25小时。因此,如果要测试到1015或1016的误码率将花费几天几夜的功夫。无论如何,这已经比以前好多了——如果不是采用LVDS,在50Mbps的速率下测试同样的误码率,将需要23天的时间。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/others/200605/2368.html
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