串行LVDS接口ADC改善電路板的布線設(shè)計(jì)

當(dāng)共模信號較難處理或?qū)ο到y(tǒng)有負(fù)面影響的時(shí)候,需要進(jìn)行信號調(diào)理。部分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)將模擬變換器輸出的單端信號轉(zhuǎn)為全差分信號,然后將這些信號傳送到差分輸入ADC。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是,大部分混入差分線路的噪聲會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在兩條線路上 (假設(shè)差分線路都是按差分方式平衡布局)。

輸入信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號之后,便必須傳送到DSP或ASIC/FPGA,以便進(jìn)行處理。全差分輸出信號電路通過兩條對稱的線路輸出及吸收電流。低電壓差分信號 (LVDS) 便是這種信號。ADC12QS065 芯片就采用了 LVDS 技術(shù),可解決系統(tǒng)這方面的問題 (見圖 1)。

圖1 ADC12QS065芯片的簡化框圖

圖2 CMOS 與 LVDS 兩種電路板布局的比較

ADC12QS065內(nèi)含 4 個(gè) 12 位的ADC。芯片的每一個(gè)輸入端都可接收全差分信號。此外,這款芯片同時(shí)提供的共模輸出參考電壓 VCOM12 及 VCOM34 也可用作輸入共模電壓。ADC12QS065也可選用全差分或單端的時(shí)鐘源,只需為 CLK 及 CLKB 提供 LVDS 信號,便可使用 LVDS 時(shí)鐘,但要在接近輸入引腳的位置加設(shè)終端電阻。若要利用單端 CMOS 時(shí)鐘,便要將 CLKB 置于低電平,這樣便無需加設(shè)終端電阻。

每一個(gè)ADC將輸出信號串行輸出。輸入時(shí)鐘的輸入12倍頻之后,作為 LVDS 時(shí)鐘輸出,作為數(shù)據(jù)采樣時(shí)鐘。輸出端也會(huì)按照輸入時(shí)鐘速率產(chǎn)生 LVDS 幀信號,以便確認(rèn)取樣數(shù)目。

輸出定時(shí)將 FPGA 的數(shù)據(jù)采樣簡化。當(dāng)取樣數(shù)據(jù)可送出時(shí),首先輸出幀信號,然后是每個(gè)通道的高有效位數(shù)據(jù),并輸出一個(gè)LVDS時(shí)鐘跳變沿信號。LVDS時(shí)鐘信號會(huì)相對數(shù)據(jù)輸出偏移1/4周期,以便簡化時(shí)鐘管理。每一數(shù)據(jù)位在時(shí)鐘輸出轉(zhuǎn)換時(shí)采樣。采用 LVDS 傳輸技術(shù)還有另一優(yōu)點(diǎn),即這些信號可以通過符合 EIA/TIA 568 標(biāo)準(zhǔn)的雙絞線傳送。符合這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雙扭線有 100?的特性阻抗。兩根導(dǎo)線距離很近,電流方向相反,只會(huì)產(chǎn)生極少的輻射。對于信噪比要求極高的應(yīng)用來說,這個(gè)優(yōu)點(diǎn)極為重要。

這里利用圖2所示的兩款 4 通道、12 位ADC進(jìn)一步解釋這一點(diǎn)。左邊的ADC設(shè)有傳統(tǒng)的單端并行 CMOS 輸出。若要將轉(zhuǎn)換器的輸出信號傳送給DSP,便需要 49 條連線 (4 x 12 + 1)。若輸出信號經(jīng)過串行化處理之后,每一通道僅需要一對差分信號傳輸線。同時(shí)也需要輸出時(shí)鐘及幀信號。
由于 LVDS 芯片將電源提供的電流從一端送到另一端,因此 LVDS 芯片從電源吸收的電流是連續(xù)的,會(huì)降低電源的負(fù)載變化。這樣做的好處是可以減少供電線路上因負(fù)載響應(yīng)產(chǎn)生的噪聲,減少去耦電容器的體積以及降低布局的要求。

串行 LVDS 芯片可以采用較小的封裝,并更有效地傳送高速信號。但對于許多應(yīng)用來說,低功耗的特性極為重要。以擁有多條數(shù)據(jù)通道的系統(tǒng)為例,每一通道所節(jié)省的每一 mW 功率加起來便有很大的分別。因此 ADC12QS065除了設(shè)有幾個(gè)無噪聲驅(qū)動(dòng)器之外,還設(shè)有三個(gè)獨(dú)立的電源輸入。每一個(gè)電源輸入都可以連接在一起,成為一個(gè)單電源ADC。但這三個(gè)電源輸入也可分開,各自獨(dú)立操作,為每一電源輸入單獨(dú)設(shè)計(jì)無源濾波器,或干脆使用三個(gè)獨(dú)立的電源。三個(gè)電源各自獨(dú)立操作的另一優(yōu)點(diǎn)是可以將驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓降低至 2.5V,這樣有助于降低功耗。

ADC12QS065 也可將其內(nèi)部電壓參考電路關(guān)閉,以便由外部參考源驅(qū)動(dòng)。只要將所有 VREFP 及 VREFN 各自連在一起,便可將多個(gè)ADC捆縛一起。這樣做可以確保每一芯片的增益及電壓偏移保持一致,令系統(tǒng)更容易校準(zhǔn)。