在實(shí)際應(yīng)用中LVDS輸出差分晶振的作用是非常大的,因?yàn)檫@是一種低電壓,低功耗的差分信號(hào)傳輸模式,可以用在接口,當(dāng)然也可以搭載于石英晶振身上.LVDS是振蕩器常見(jiàn)的輸出邏輯之一,通常都是用來(lái)匹配SPXO,VCXO,OCXO還有MEMS等多種不同的石英晶體振蕩器,使這些晶振具備低插損,低電平,低相位抖動(dòng),低相位噪聲,低衰減等優(yōu)良電氣特性.適用無(wú)線網(wǎng)絡(luò),光纖蜂窩,導(dǎo)航定位,人造衛(wèi)星,航空航天,基建設(shè)備,無(wú)線基站,雷達(dá),控制系統(tǒng),電信通信,船舶呼救系統(tǒng)等高端產(chǎn)品使用.

圖8:LVDS驅(qū)動(dòng)器輸出結(jié)構(gòu)

LVDS是一種高速數(shù)字接口,適用于需要低功耗和高抗噪性的許多應(yīng)用.LVDS輸出使用具有低電壓擺幅的差分信號(hào)以高速傳輸數(shù)據(jù).圖8顯示了LVDS驅(qū)動(dòng)器的輸出結(jié)構(gòu),包括3.5mA標(biāo)稱電流源,通過(guò)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)連接到差分輸出,有時(shí)稱為”H”開關(guān).輸出通常連接到100Ω差分傳輸線,端接接收器輸入端的100Ω電阻.電阻值與傳輸線的阻抗相匹配,并為信號(hào)提供電流路徑.驅(qū)動(dòng)器包括用于將共模設(shè)置為1.2V的電路,無(wú)論VDD如何.因此,不需要將驅(qū)動(dòng)器外部偏置到任何特定電壓.此外,低電壓差分晶振可以連接到任何LVDS輸入,而無(wú)需考慮振蕩器的實(shí)際電源電壓.

信號(hào)切換由四個(gè)標(biāo)有A,B,C和D的晶體管完成.由于接收器的阻抗通常較高,因此來(lái)自驅(qū)動(dòng)器的幾乎所有電流都流過(guò)100Ω電阻,導(dǎo)致接收器之間的電壓差為350mV投入.在圖8中,當(dāng)信號(hào)IN為低電平時(shí),晶體管A和B導(dǎo)通;電流流過(guò)晶體管A和100Ω電阻,然后通過(guò)晶體管B返回.當(dāng)信號(hào)IN為高電平時(shí),晶體管C和D導(dǎo)通;電流流過(guò)晶體管C和100Ω電阻,然后通過(guò)晶體管D返回,從而在接收器兩端產(chǎn)生-350mV的電壓.從接收器的角度來(lái)看,流過(guò)終端電阻器的電流方向決定了是否記錄了正差分電壓或負(fù)差分電壓.正差分電壓表示邏輯高電平,而負(fù)差分電壓表示邏輯低電平.

晶振直流耦合應(yīng)用的終端建議

具有100Ω差分走線的LVDS接口通常在接收器端端接,在接收器的差分輸入端有一個(gè)100Ω電阻(見(jiàn)圖9).有些接收器采用100Ω片上電阻,無(wú)需外部端接.

圖9:負(fù)載時(shí)的LVDS單直流端接

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用,負(fù)載上的單個(gè)終端就足夠了.在負(fù)載反射系數(shù)相對(duì)較高的情況下,雙端接布置可以減少整個(gè)往返(參見(jiàn)圖10).在源極和負(fù)載兩端都有一個(gè)100Ω電阻,輸出驅(qū)動(dòng)器的等效電阻降至50Ω,導(dǎo)致輸出信號(hào)擺幅減半.

附錄A:傳輸線終端阻抗匹配有關(guān)單端和雙端設(shè)備使用的更多信息.

圖10:LVDS雙直流端接

交流耦合應(yīng)用的終端建議

如果LVDS驅(qū)動(dòng)器和接收器使用不同的共模電壓工作,建議使用AC端接.電容器用于阻斷來(lái)自驅(qū)動(dòng)器的直流電流路徑,因此接收器必須實(shí)現(xiàn)其自己的輸入偏置電路.AC耦合可以配置為負(fù)載的單個(gè)終端,或者配置為雙終端.單端接如圖11所示.對(duì)于單端和雙端,交流耦合電容可放置在負(fù)載終端電阻之前(如圖12所示)或之后(如圖13所示).

圖11:負(fù)載時(shí)的LVDS單AC端接

(圖12和圖13)中所示的雙端子僅在AC耦合電容器的位置上有所不同.圖12中的電容器通過(guò)流過(guò)差分電阻一半的共模電流充電,相當(dāng)于50Ω.圖13中的電容器通過(guò)接收器輸入電阻的電流充電,接收器輸入的電阻可以在幾十千歐的范圍內(nèi).在時(shí)鐘啟動(dòng)期間,圖12所示的電容充電速度比圖13所示的快得多.因此,接收器可以更快地獲得有效的時(shí)鐘信號(hào).如果快速時(shí)鐘啟動(dòng)很重要,則最好采用圖12所示的配置.

圖12:LVDS雙交流端接,電容器靠近電源

在數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中,圖13中所示的配置可能更有利.由于LVDS輸出晶振較高的RC時(shí)間常數(shù),它可以維持較長(zhǎng)的1和0的數(shù)據(jù)序列,而不會(huì)出現(xiàn)明顯的電壓下降.

圖13:LVDS雙AC端接,電容器靠近負(fù)載

LVDS輸出的有源晶振要極端惡劣的環(huán)境下,也能保持穩(wěn)定的振蕩功能,不會(huì)受周圍溫度的影響而發(fā)生頻率漂移的現(xiàn)象.打個(gè)比方,如果智能手機(jī)里有一顆LVDS晶振,那么即使到零下十幾或二十幾的低溫環(huán)境,這部手機(jī)也不會(huì)失效故障,這就是為什么要用高性能晶體振蕩器的原因.