何時(shí)為專(zhuān)用邏輯和模擬PCB使用線(xiàn)路驅動(dòng)器

2022-06-10

何時(shí)為專(zhuān)用邏輯和模擬PCB使用線(xiàn)路驅動(dòng)器

MCU、FPGA、CPU、SoC 和數字組件的任何其他首字母縮寫(xiě)詞包括標準化接口（如 SPI、I2C、UART）或高速接口（如 USB）。在工業(yè)方面，常見(jiàn)的高速數字協(xié)議有 CAN 總線(xiàn)和工業(yè)級版本。不使用任何這些協(xié)議或需要使用混合信號操作的特殊邏輯應用程序呢？還需要考慮模擬信號，它們可能沒(méi)有任何標準化接口，但可能需要放大和長(cháng)距離傳輸。

長(cháng)距離接收信號或分散到大量接收器需要一些額外的組件，這些組件可以為多個(gè)接收器（例如緩沖器）提供足夠的功率，或者可以克服長(cháng)互連上的損耗，例如通過(guò)電纜傳輸。線(xiàn)路驅動(dòng)器是用于標準協(xié)議（如 LVDS）以及需要長(cháng)距離數據傳輸的混合或特殊邏輯應用中的一種組件。線(xiàn)路驅動(dòng)器有時(shí)與時(shí)鐘分配或扇出緩沖一起被提及，這兩者都是開(kāi)發(fā)專(zhuān)用邏輯電路和低頻模擬系統的重要點(diǎn)。

由于高速數字協(xié)議通常不使用單獨的線(xiàn)路驅動(dòng)器組件，因此了解何時(shí)在其他類(lèi)型的系統（無(wú)論是數字系統還是模擬系統）中使用這些組件非常重要。在本文中，我們將探討線(xiàn)路驅動(dòng)器和緩沖之間的關(guān)系，并展示一些您可以在市場(chǎng)上找到的線(xiàn)路驅動(dòng)器選項。

線(xiàn)路驅動(dòng)器應用

線(xiàn)路驅動(dòng)器基本上是一個(gè)緩沖器或放大器，可以接受低電平輸入并提供高電平輸出。從線(xiàn)路驅動(dòng)器的輸出側看，這些組件還提供低電平驅動(dòng)器和具有高阻抗元件的接收器電路之間的隔離。實(shí)際上，線(xiàn)路驅動(dòng)器提高了邏輯應用中的信號電平，這意味著(zhù)可以向負載組件提供更多功率。這為我們提供了線(xiàn)路驅動(dòng)器的兩種可能應用：

放大輸入信號并驅動(dòng)長(cháng)傳輸線(xiàn)

放大輸入信號并將其路由到多個(gè)負載（扇出）

如果您有一個(gè)單線(xiàn)驅動(dòng)器和一組連接在長(cháng)傳輸線(xiàn)上的接收器，那么您就可以同時(shí)有效地執行這兩種功能。執行此功能的線(xiàn)路驅動(dòng)器可能被命名為“扇出緩沖區”或類(lèi)似名稱(chēng)。這些組件基本上執行下圖所示的功能。

盡管這些組件在許多具有集成數字接口的小型處理器或SoC出現之前就已經(jīng)上市，但它們在許多專(zhuān)業(yè)應用中仍然有用。下面概述了一些常見(jiàn)的情況。

具有高數據速率的數字通道

提供支持各種扇出比和數據速率的線(xiàn)路驅動(dòng)器。數據速率規范（假設使用像 NRZ 這樣的二進(jìn)制協(xié)議）等同于時(shí)鐘速率規范，這意味著(zhù)會(huì )有一些與這些組件兼容的最大時(shí)鐘速率。為了支持更高的數據速率，一些線(xiàn)路驅動(dòng)器對輸出比特流應用預加重，以抑制符號間干擾。

對于數字應用，擁有線(xiàn)路驅動(dòng)器的目的是為驅動(dòng)信號提供足夠的增益，以克服總線(xiàn)上有許多組件的總輸入電容，以及克服長(cháng)線(xiàn)路上的損耗。當多個(gè)組件及其輸入傳輸線(xiàn)在總線(xiàn)上并聯(lián)布置時(shí)，該布置將對地產(chǎn)生一些寄生電容。這些電容增加并增加了在單個(gè)時(shí)鐘幀內引起負載切換所需的驅動(dòng)電流。這些組件的常見(jiàn)用途是在時(shí)鐘樹(shù)中，或者在系統時(shí)鐘沿高阻抗連接發(fā)送到總線(xiàn)上的大量組件的情況下。在某些情況下，驅動(dòng)器太弱而無(wú)法驅動(dòng)單個(gè)負載，因此線(xiàn)路驅動(dòng)器會(huì )提升信號以便它可以驅動(dòng)負載組件。

線(xiàn)路驅動(dòng)器還可用于將輸入比特流重新格式化為不同的線(xiàn)路驅動(dòng)標準（單端或差分模式）。例如，在 SATA 標準中，線(xiàn)路驅動(dòng)器緩沖輸入差分電流模式邏輯 (CML)信號并將其作為補償CML信號重新傳輸。在此示例中，線(xiàn)路驅動(dòng)器補償PCB走線(xiàn)或電纜上的信號損失和失真，以便在接收器上看到正確的信號電平和上升時(shí)間。

模擬應用

線(xiàn)路驅動(dòng)器提供的放大在模擬應用中被用于不同的用途，特別是在音頻應用中。當線(xiàn)路驅動(dòng)器靠近信號驅動(dòng)器放置時(shí)，線(xiàn)路驅動(dòng)器提供的放大增加了有效動(dòng)態(tài)范圍。如果在通道的輸出側接收到噪聲，由于線(xiàn)路驅動(dòng)器提供的增益，SNR 值總體上會(huì )更高。當需要在嘈雜的環(huán)境中通過(guò)長(cháng)電纜傳輸低電平模擬信號時(shí)，這特別有用。當使用差分線(xiàn)路驅動(dòng)器時(shí)，您將獲得與差分運算放大器相同的好處；只要線(xiàn)路長(cháng)度匹配，接收器就會(huì )抑制共模噪聲。

長(cháng)電纜連接

像傳輸線(xiàn)一樣的長(cháng)電纜具有自己的電容，其作用與在總線(xiàn)上并聯(lián)許多接收器組件的作用相同。線(xiàn)路驅動(dòng)器可以提供克服這些線(xiàn)路損耗所需的信號增強，同時(shí)還確保下游接收器可以以適當的輸入信號電平驅動(dòng)。這基本上是 RS485 中差分線(xiàn)路驅動(dòng)器的功能，通常集成在RS485 收發(fā)器 IC中。為了確保信號通過(guò)線(xiàn)路傳輸而沒(méi)有反射，一些線(xiàn)路驅動(dòng)器在單端和差分線(xiàn)路驅動(dòng)器中都將阻抗匹配電路與電纜/連接器阻抗結合在一起。

重要的線(xiàn)路驅動(dòng)器規格

雖然不同的線(xiàn)路驅動(dòng)器專(zhuān)門(mén)用于特定應用，但有一些標準是任何線(xiàn)路驅動(dòng)器的常見(jiàn)選擇標準：

數據速率/時(shí)鐘速率：線(xiàn)路驅動(dòng)器具有特定的開(kāi)關(guān)速度，這將限制可用的數據速率。對于二進(jìn)制信號，數據速率和時(shí)鐘速率應該相等。

差分與單端：高數據速率線(xiàn)路驅動(dòng)器將使用差分輸出。較低速度/頻率的線(xiàn)路驅動(dòng)器或時(shí)鐘扇出緩沖器可能使用單端信號，并且可能不需要受控阻抗。確保檢查您的接口規格。

接口轉換：一些線(xiàn)路驅動(dòng)器包含接口電平轉換。這通常在轉換為 LVDS 接口時(shí)需要。

輸出偏斜：具有多個(gè)輸出的高數據速率線(xiàn)路驅動(dòng)器在輸出之間總是會(huì )有一些偏斜。如果需要跨扇出組件的精確時(shí)序，這一點(diǎn)很重要。

諧波失真：這對于模擬應用中使用的線(xiàn)路驅動(dòng)器很重要，它將決定消除放大期間產(chǎn)生的任何不需要的諧波所需的濾波級別。