交流耦合

若华

概述

使用电容实现LVDS数据连接的交流耦合有很多益处，比如电平转换，去除共模误差以及避免输入电压故障的发生。这文不仅介绍了电容的适当选型,也为和终端拓扑提供指导，同时也讨论了共模故障分析的问题。

电平转换

LVDS (低压差分信号)逻辑输入是众多现有逻辑标准的一种。只要信号源可以为LVDS输入提供足够的幅度，典型值为差分100mVP-P，采用交流耦合就可以提供所需的电平转换。图1描述了一个负压ECL逻辑经交流耦合后将信号转换到LVDS逻辑的电路图。

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图1. ECL至LVDS电平转换配置

优化共模电压

交流耦合LVDS的另外一个优点是允许接收IC设置其最优的共模电压。图2展示了一个典型的LVDS输入电路，MAX9248。内部基准电压，通常为1.2V，为两个高阻端接电阻提供偏置。如果输入是交流耦合，接收IC可以将允许共模电压设置为内部的偏置电平。

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图2. LVDS输入偏置电路

过压保护

LVDS信号在汽车电子的串行－解串(SerDes)链路中总是采用交流耦合，因为这种配置可以防止汽车电池短路。对于任何通过电源配线槽的信号线，一个基本要求是必须能够忍受与电池电压短路而不损坏。采用交流耦合的LVDS链路，当耦合电容充电到电池电压时，仅仅会有一个短暂的大电流脉冲。电流的幅度峰值是短路时实际阻抗的函数。电流毛刺的持续时间是耦合电容以及LVDS输入输出保护结构的函数。虽然SerDes链路在短路时并不工作，但当短路故障解除后可恢复工作。

电容选择

选择电容时需要考虑几个因素。

      1. 数值LVDS链路交流耦合电容的选择与一系列的参数相关，包括：

· 输出驱动电平

· 输入门限电平

· 负载阻抗

· 电缆长度

· 最长的脉冲周期

标准的LVDS输出驱动电平通常定义为最小250mV，且输入电平门限定义为最大100mV。因此，确保有效电平值的最大衰减量(ATT)为：

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换句话说，由直流电阻产生的衰减、交流衰减以及电容耦合衰减的总合必须小于-8dB。两端差分负载阻抗通常为100Ω，分析电缆长度时需要同时考虑电缆的交流和直流衰减以及连接器阻抗导致的衰减。

最后，还必须考虑数据本身，LVDS连接可以传输的最大脉冲宽度取决于工作频率和数据传输协议对连续1 (或0)的数量限制。

对于具体应用，精确的计算可能过于棘手，也可以简单选用0.1μF电容，能够满足大多数应用的要求。当数据速率降到10MHz以下或采用更长的电缆时(例如：> 5m)，需要重新核实电容值，也可以通过计算、仿真或实际测量获取电容值。

2.电压和介质

电容的工作电压应远大于出现故障状况时的最大峰值电压。在汽车电子应用中，峰值故障电压是18V。一般不需要将故障条件下的电压加倍，例如：将电池电压加倍或考虑甩负载电压。使用X5R、X7R或类似介质的电容，避免使用那些电压或温度系数有明显变化的介质电容，如Y5V或Z5U。

端接拓扑

端接拓扑可以从三个主要电路中选择：(1) 纯差分，(2) 中心抽头差分，(3) 戴维宁端接，图3给出了这三个电路.

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图3. LVDS端接电路

纯差分是最常用的配置，且在良好屏蔽环境中用于信号端接可以提供很好的工作性能。中心抽头的差分端子将100Ω分为两个50Ω电阻，且在中心抽头位置使用旁路电容。由于任何耦合到LVDS线对上的共模能量对地都有一个低阻通路，这种方式在噪声环境下工作很好。纯差分和中心抽头差分端接必须用于包含内部偏置的LVDS输入电路。

如果LVDS接收器不提供内部偏置，且输入信号为交流耦合，则必须使用戴维宁端接。所选电阻必须使每条线上的戴维宁等效电阻为50Ω，且每条线的戴维宁等效电压为1.2V，图4数值工作于3.3V电源。

来自圈子: 信号完整性

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若华

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易阳

信号完整性问题是一个需要深入研究的问题，举一个简单的例子：如SD卡读写信号，SD卡电路的CLK信号，在经过几道连接器转接之后，信号是否依然OK，是否可以选取适合的源断匹配和终端匹配来保证信号的完美。这些都要实际的考量。

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