作者/Thomas Brand ADI公司
摘要：介绍了高速信号传输的应战，及ADI公司的信号阻隔式LVDS缓冲器——ADN4650/ADN4651/ADN46521是，若与ADuM5000组合运用，可完成短间隔600
Mbps和数米间隔200 Mbps的传输速率。
要害词：数字阻隔;LVDS;接口
在这个自动化、数字化和工业4.0的年代，信号和数据的传输正在发挥着越来越大的效果。出产车间表里的这些运用中的机器、体系乃至单个传感器的联网，不只需求安稳的基础设施，还需求安全、快速、高精度、无搅扰、高带宽的传输途径。依据运用状况，传输途径或许需求接受极点恶劣的环境条件。数据传输有多种不同办法：有线、无线、串行和并行。一切办法都有各自的长处和缺陷，需求针对详细运用状况细心权衡。
与有线体系比较，无线技能依靠一系列要害参数、不同元器材和其时环境影响等要素。无线电通讯的一个重要方面是无线电规模，它取决于发射和接纳天线的方位、发射功率、本地环境条件和频率规模。因而，在规划无线电传输运用时，有必要考虑相应的规范，尤其是与通讯规模有关(因而与接纳信号质量有关)的规范。
曩昔，几Mbps的带宽即足以满意接口转换器或工业背板等运用的需求。串行外设接口(SPI)或RS-485等不同接口部分需求的阻隔，依然可以经过规范解决方案完成。可是，其时的工业4.0和物联网(IoT)等潮流需求很多丈量和极端杂乱的操控体系，对数据速率或带宽的要求也更高，而这又有必要由接口承当。对接口的这些及其他不断增加的需求，例如更高安全性(体现为更高的介电强度)、更高牢靠性和更小空间要求，传统解决方案已不再管用。对此，数字阻隔器也是最佳解决方案，由于其不只满意上述更高的安全性、功用和牢靠性要求，而且还供给集成阻隔及多路输入输出。
信号传输运用常用的办法是低压差分信号传输(LVDS)。这涉及到串行数据传输的既有接口规范(TIA/EIA-644)，除了极佳的节能特性和高达几Gbps的数据速率潜力之外，它还具有很高的抗扰度。这些杰出特性可归因于内部运用的电流操控或驱动器模块的限流功用(最大3
mA)。信号差分电压仅为20 mV。可是，它随后在接纳器侧被扩大回300
mV(差分)的逻辑电平。由此取得的优点包含电磁搅扰(EMI)极端低、开关速度极端快等。
LVDS接口常常与操控和调理体系一同运用，大数据量有必要在电子电路之间或短电缆之间发送。它还能将时钟信号十分快速地分配给完好运用中的不同器材，然后使相应器材同步。工业丈量运用和操控体系中的模仿前端(AFE)归于LVDS的典型运用。不过，它也常用于完成多个数据节点之间的以及视频信号传输中的数字接口，例如经过HDMI®。另一个不容忽视的方面是LVDS电路供给电流阻隔的或许性。因而，它也用于任何需求阻隔通讯接口的当地，例如在电子电路或背板中。
背板是含有多个衔接器的电路板，用于包容各种外挂板模块。根本体系运用背板可轻松完成即插即用的扩展，以包含更多组件。可是，外挂模块常常要饱尝高压瞬变，由于在许多运用中，它们与衔接到配电网的部件直触摸摸。因而，外挂模块简略遭到雷击等外部事情的影响。人体触摸引起的静电放电，内部电容忽然充电、反极性充电或在插拔外挂模块时放电，也会导致高瞬变。因而，安全阻隔接口关于体系是必不可少的。不然，假如发生电压瞬变，相连组件很简略损坏，或许危及用户。功用阻隔的通讯接口对工业丈量仪器也很有利，由于阻隔接口供给一个浮空接地，例如坐落模数转换器和微操控器之间。这样，丈量信号就不会影响和搅扰运用的其余部分，也不会受其影响或搅扰。
市场上已经有各式各样用于完成阻隔LVDS接口的产品。ADI公司的阻隔LVDS系列是十分有用且牢靠的解决方案，包含ADN4650、ADN4651和ADN4652，支撑高达600
Mbps的数据速率，一起也契合非阻隔LVDS接口的规范值。比较之下，规范数字阻隔器只能到达150
Mbps。由于选用iCoupler®技能，虽然存在阻隔，该系列仍能完成十分高的数据速率。这涉及到运用微机电体系(MEMS)完成片上变压器，然后简略地阻隔数字信号并节约空间。
LVDS系列还供给超精细时刻特性和极低的颤动(也称为时序颤动)。颤动描绘数字信号的上升沿和下降沿相关于抱负时刻基准的误差。在高数据速率下，低颤动十分重要，由于以600
Mbps的速率传输一比特仅需1.6
ns。对信号上升沿或下降沿中的颤动要求是，有必要让模数转换器有满意的时刻来到达实践的高电平或低电平，以便可以正确履行采样。关于ADN465x系列，颤动典型值为70
ps。LVDS模块还供给两个阻隔LVDS通道，构成ADN4651中的发射和接纳通道。ADN4652中的通道摆放与ADN4651中的通道摆放相反，而ADN4650仅供给发射或接纳通道，详细取决于接线。ADN465x系列运用内部2.5
V电源电压作业;惋惜的是，工业体系常常没有这种电源电压，仅供给3.3 V电压。因而，ADN465x系列中集成了低压差稳压器(LDO)，其输入端可接受3.3
V的外部电源电压。模块或其输入端及其阻隔输出端的供电可以运用阻隔式ADuM5000 DC-DC转换器等完成。这样可以挑选性地发生5 V或3.3
V的阻隔输出电压，最大功率输出为500 mW。此电路装备如图1所示。
结合ADuM5000，该器材系列可满意当今工业运用对阻隔LVDS接口的很多要求。这种高度集成的解决方案还满意规范化总线通讯的一切先决条件。LVDS接口常常用于节能运用。对此，ADN4651和ADuM5000的组合是代替传统光耦合器的极端省电的解决方案，常常需求一起阻隔多个通道。
在LVDS运用中，通道并行运用以使吞吐速率和相应的波特率最大。所述选用ADI公司上述模块的电路供给一个四通道阻隔器：两个发射通道和两个接纳通道。因而，一个电子组件上的两个完好发射和接纳通道可一起以十分高的传输速率进行信号传输。
只需契合关于最大脉冲宽度失真的要求，运用ADN465x系列便可轻松到达DC至600
Mbps的数据速率。此外，布局中有必要考虑与高速传输差分信号相关的一些要素。输入侧和输出侧走线应匹配，而且相关于地具有近似50 Ω的阻抗，或信号线之间具有100
Ω阻抗。别的，主张在LVDS输入端衔接100 Ω端接电阻，如图2所示。
电缆长度和衔接器类型也会影响最大数据速率。运用较低数据速率(最高200
Mbps)并与支撑高数据速率和带有屏蔽线对的衔接器结合时，电缆乃至可以长达数米。
ADN4650/ADN4651/ADN46521是信号阻隔式LVDS缓冲器，数据速率高达600
Mbps，而且具有极低的颤动。与ADuM5000的这种组合使其成为高速信号传输的抱负挑选，可以完成短间隔600 Mbps和数米间隔200
Mbps的传输速率。
作者简介：
Thomas
Brand于2015年10月在德国慕尼黑参加ADI公司，其时他还在攻读硕士。2017年2月，他开端担任现场运用工程师职位，首要担任工业大客户。此外，他还专心于研讨工业以太网，并为中欧的相关业务供给支撑。他结业于德国莫斯巴赫的联合教育大学电气工程专业，之后在德国康斯坦茨运用科学大学取得世界出售硕士学位。联系方式：thomas.brand@analog.com。
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第2期第21页，欢迎您写论文时引证，并注明出处
