CN0256

隔离式LVDS接口电路
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电路功能与优势

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低压差分信号(LVDS)是低功耗、高速、点对点通信的既定 标准(TIA/EIA-644)。它用于在仪器仪表和控制应用中通过 背板或短电缆链路传输大量数据,或分配高速时钟至应用 电路的不同部分。

 

图1所示电路表示LVDS接口的隔离。隔离LVDS接口的好处 有:保护器件免受故障影响(安全隔离),以及增加鲁棒性 (功能隔离)。

 

ADuM3442 ADN4663 LVDS驱动器的逻辑输入以及 ADN4664LVDS驱动器的逻辑输出提供数字隔离。除了使用 ADuM5000提供隔离式电源,在工业和仪器仪表应用中隔 离LVDS链路还面临着许多挑战,包括:

  • 逻辑信号与LVDS驱动器/接收器隔离、确保电路总线端 的标准LVDS通信。
  • 高度集成的隔离仅使用两个额外的宽体SOIC器件 ADuM3442 ADuM5000)来隔离标准LVDS器件 ADN4663 ADN4664)。
  • 与传统隔离(光耦合器)相比功耗更低。LVDS应用的特性 之一是低功耗工作。
  • 多通道隔离。LVDS应用中,使用并行通道以尽量增大 数据吞吐量。本电路演示4通道隔离(本实例中采用两条 发射通道和两条接收通道)。
  • 工作速度高;最高工作速度达150 Mbps,轻松满足基本 LVDS的速度要求。


图1所示电路隔离了一个双通道LVDS线路驱动器和一个双 通道LVDS接收器。它可在单电路板上实现两条完整的发 射和接收路径。



图1. 隔离式LVDS接口电路(原理示意图,未显示所有连接)

电路描述

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隔离式LVDS的应用包括安全隔离和/或电路板间、背板和 印刷电路板(PCB)通信链路的功能隔离。例如当LVDS背板 系统的一个或多个插卡有遭受高电压瞬变的风险时,便可 使用安全隔离。隔离LVDS接口可确保这类故障条件不影 响系统中的其他电路。某些情况下使用功能隔离很有效, 例如测量设备。若在ADC和FPGA之间隔离LVDS链路,则 可提供浮动的接地层,提升测量数据的完整性,并降低来 自应用的其他部分的干扰。

 

图2表示隔离式LVDS接口电路,它隔离两个发射通信通道 (CMOS/TTL至LVDS)和两个接收通道( LVDS至 CMOS/TTL)。隔离信号的数据速率最高可达150Mbps,此 速率下还可保持 ADuM3442 的最大脉冲宽度失真规范。





图2. 隔离式LVDS接口电路

 


逻辑电平可施加于IN1和IN2,并且被 ADuM3442隔离。 ADuM3442对应的输出(DIN1和DIN2测试引脚)连接至 ADN4663 LVDS驱动器,以便在DOUT1+、DOUT1−和 DOUT2+、DOUT2−上建立LVDS信号。

 

ADN4664 LVDS接收器可在RIN1+、RIN1−和RIN2+、RIN2− 上接收LVDS信号。接收器输出(ROUT1、ROUT2测试引 脚)连接至 ADuM3442,以便隔离信号。ADuM3442对应的 逻辑输出为OUT1和OUT2。

 

电路通过连接VDD1从逻辑端供电。电源可以是3.3 V或5 V, 为ADuM3442(电路信号隔离)的逻辑端供电或为ADuM5000 供电,ADuM5000则为电路总线端提供隔离式电源。

 

ADuM5000 ADuM5000的输出VISO可为LVDS驱动器( ADN4663) 和LVDS 接收器( ADN4664) 以及 ADuM3442的总线端提供3.3 V电源。

 

采用了 AN-0971 应用笔记“isoPower器件的辐射控制建议”指 南中的描述进行电路布局。此外,该布局针对高速差分信 号优化。LVDS输入/输出走线长度匹配,并具有50Ω的对地 阻抗(差分对之间的阻抗为100Ω)。每对测试点与驱动器/接 收器同样距离匹配。多个接地过孔排列在走线旁边以增加 高速工作时的信号完整性。

 

LVDS的输入RIN1+、RIN1−和RIN2+、RIN2−连接100Ω的 端电阻(R1、R2)。将任意连接到DOUT1+、DOUT1−和 DOUT2+、DOUT1−的总线接收端进行端接。

 

电源和接地通过螺旋电缆连接器互相连接(VDD1和 GND1)。逻辑输入(IN1、IN2)/输出(OUT1、OUT2)通过4 个SMB连接器互相连接。总线信号通过8个SMB连接器以相 似的方式连接。它们通过走线以对地50Ω的阻抗连接LVDS 驱动器( ADN4663) 和接收器( ADN4664) 。



电路评估与测试

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若要对隔离式LVDS接口电路板供电,在VDD1上施加3.3V 或5V电源。检查VDD2测试点的电压水平以测试该电路是 否正确供电。该测试点是 ADuM5000提供的隔离式电源, 额定值应为3.3V或5V。

 

完整的发射和接收通道可通过将LVDS输出的一条通道连接至LVDS输入的一条通道进行测试。例如,要测试通道1,则:DOUT1+与RIN1+相连;DOUT1-与RIN1-相连;连接可使用SMB至SMB导联。

 

信号发生器或模式发生器可连接至IN1,并且OUT1测试点(或OUT1连接器)的输出必须匹配输入。测试设置如图3所示。





图3. 发射和接收通道1的测试设置

 


图4中的示波器曲线图表示IN1、RIN1+、RIN1−和OUT1的测试波形,测试时在IN1上采用50 Mbps时钟信号,DIN1+和RIN1+、DIN1−和RIN1−之间采用90cm屏蔽导联。



图4. 50 Mbps信号时,IN1、RIN1+、RIN1−和OUT1的示波器曲线图

 


测量时在LVDS总线上使用低电容探头(<1pF)。当数据速率 更高时,可在LVDS输出和输入间使用更短的电缆。

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ADUM5000 隔离式DC/DC转换器

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ADUM5000WARWZ

ADN4663 双通道、3 V、CMOS、LVDS、高速差分驱动器

联络ADI

ADN4664 双通道、3 V、CMOS、LVDS差分线路接收器

ADN4664BRZ

ADUM3442 四通道、高速数字隔离器

ADUM3442CRWZ

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