什么時(shí)候使用專用邏輯和PCB線驅(qū)動(dòng)器?

什么時(shí)候使用專用邏輯和PCB線驅(qū)動(dòng)器? 

MCU、FPGA、CPU、SoC 和數(shù)字組件的任何其他首字母縮寫詞包括標(biāo)準(zhǔn)化接口（如 SPI、I2C、UART）或高速接口（如 USB）。在工業(yè)方面，常見的高速數(shù)字協(xié)議有 CAN 總線和工業(yè)級(jí)版本。不使用任何這些協(xié)議或需要使用混合信號(hào)操作的特殊邏輯應(yīng)用程序呢？還需要考慮模擬信號(hào)，它們可能沒有任何標(biāo)準(zhǔn)化接口，但可能需要放大和長距離傳輸。

長距離接收信號(hào)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，或者可以克服長互連上的損耗，例如通過電纜傳輸。線路驅(qū)動(dòng)器是用于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（如 LVDS）以及需要長距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕旌匣蛱厥膺壿嫅?yīng)用中的一種組件。線路驅(qū)動(dòng)器有時(shí)與時(shí)鐘分配或扇出緩沖一起被提及，這兩者都是開發(fā)專用邏輯電路和低頻模擬系統(tǒng)的重要點(diǎn)。

線路驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用

線路驅(qū)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。從線路驅(qū)動(dòng)器的輸出側(cè)看，這些組件還提供低電平驅(qū)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，線路驅(qū)動(dòng)器提高了邏輯應(yīng)用中的信號(hào)電平，這意味著可以向負(fù)載組件提供更多功率。這為我們提供了線路驅(qū)動(dòng)器的兩種可能應(yīng)用：

放大輸入信號(hào)并驅(qū)動(dòng)長傳輸線

放大輸入信號(hào)并將其路由到多個(gè)負(fù)載（扇出）

如果你有一個(gè)單線驅(qū)動(dòng)器和一組連接在長傳輸線上的接收器，那么你就可以同時(shí)有效地執(zhí)行這兩種功能。執(zhí)行此功能的線路驅(qū)動(dòng)器可能被命名為“扇出緩沖區(qū)”或類似名稱。這些組件基本上執(zhí)行下圖所示的功能。

具有高數(shù)據(jù)速率的數(shù)字通道

提供支持各種扇出比和數(shù)據(jù)速率的線路驅(qū)動(dòng)器。數(shù)據(jù)速率規(guī)范（假設(shè)使用像 NRZ 這樣的二進(jìn)制協(xié)議）等同于時(shí)鐘速率規(guī)范，這意味著將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(shù)據(jù)速率，一些線路驅(qū)動(dòng)器對(duì)輸出比特流應(yīng)用預(yù)加重，以抑制符號(hào)間干擾。

對(duì)于數(shù)字應(yīng)用，擁有線路驅(qū)動(dòng)器的目的是為驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供足夠的增益，以克服總線上有許多組件的總輸入電容，以及克服長線路上的損耗。當(dāng)多個(gè)組件及其輸入傳輸線在總線上并聯(lián)布置時(shí)，該布置將對(duì)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(nèi)引起負(fù)載切換所需的驅(qū)動(dòng)電流。這些組件的常見用途是在時(shí)鐘樹中，或者在系統(tǒng)時(shí)鐘沿高阻抗連接發(fā)送到總線上的大量組件的情況下。在某些情況下，驅(qū)動(dòng)器太弱而無法驅(qū)動(dòng)單個(gè)負(fù)載，因此線路驅(qū)動(dòng)器會(huì)提升信號(hào)以便它可以驅(qū)動(dòng)負(fù)載組件。

線路驅(qū)動(dòng)器還可用于將輸入比特流重新格式化為不同的線路驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（單端或差分模式）。例如，在 SATA 標(biāo)準(zhǔn)中，線路驅(qū)動(dòng)器緩沖輸入差分電流模式邏輯 (CML) 信號(hào)并將其作為補(bǔ)償 CML 信號(hào)重新傳輸。在此示例中，線路驅(qū)動(dòng)器補(bǔ)償 PCB 走線或電纜上的信號(hào)損失和失真，以便在接收器上看到正確的信號(hào)電平和上升時(shí)間。

模擬應(yīng)用

線路驅(qū)動(dòng)器提供的放大在模擬應(yīng)用中被用于不同的用途，特別是在音頻應(yīng)用中。當(dāng)線路驅(qū)動(dòng)器靠近信號(hào)驅(qū)動(dòng)器放置時(shí)，線路驅(qū)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(cè)接收到噪聲，由于線路驅(qū)動(dòng)器提供的增益，SNR 值總體上會(huì)更高。當(dāng)需要在嘈雜的環(huán)境中通過長電纜傳輸?shù)碗娖侥M信號(hào)時(shí)，這特別有用。當(dāng)使用差分線路驅(qū)動(dòng)器時(shí)，您將獲得與差分運(yùn)算放大器相同的好處；只要線路長度匹配，接收器就會(huì)抑制共模噪聲。

長電纜連接

像傳輸線一樣的長電纜具有自己的電容，其作用與在總線上并聯(lián)許多接收器組件的作用相同。線路驅(qū)動(dòng)器可以提供克服這些線路損耗所需的信號(hào)增強(qiáng)，同時(shí)還確保下游接收器可以以適當(dāng)?shù)妮斎胄盘?hào)電平驅(qū)動(dòng)。這基本上是 RS485 中差分線路驅(qū)動(dòng)器的功能，通常集成在RS485 收發(fā)器 IC中。為了確保信號(hào)通過線路傳輸而沒有反射，一些線路驅(qū)動(dòng)器在單端和差分線路驅(qū)動(dòng)器中都將阻抗匹配電路與電纜/連接器阻抗結(jié)合在一起。

重要的線路驅(qū)動(dòng)器規(guī)格

盡管不同的線路驅(qū)動(dòng)器專門用于特定應(yīng)用，但有一些標(biāo)準(zhǔn)是任何線路驅(qū)動(dòng)器的常見選擇標(biāo)準(zhǔn)：

數(shù)據(jù)速率/時(shí)鐘速率：線路驅(qū)動(dòng)器具有特定的開關(guān)速度，這將限制可用的數(shù)據(jù)速率。對(duì)于二進(jìn)制信號(hào)，數(shù)據(jù)速率和時(shí)鐘速率應(yīng)該相等。

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

接口轉(zhuǎn)換：一些線路驅(qū)動(dòng)器包含接口電平轉(zhuǎn)換。這通常在轉(zhuǎn)換為 LVDS 接口時(shí)需要。

輸出偏斜：具有多個(gè)輸出的高數(shù)據(jù)速率線路驅(qū)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(duì)于模擬應(yīng)用中使用的線路驅(qū)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(jí)別。

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