数据转换器串引LVDS接口改善板布线

系统往往需要信号传输，在信号传输中不希望共模信号，共模信号处理困难。某些设计把来自传感器输出的单端信号转换为全差分信号，然后，把此信号送到差分输出ADC下游。这样做的优点是在差分线上引起的噪声在两条线上是共同的（假定差分线是对称的）。
在输入信号转换数字数据之后，必须传输它们到DSP或ASIC/FPGA进行处理。流行的全差分输出信号传输是方便的。全差分的输出信号通过两条对称线给出和吸收电流。这种信号传输的一个例子是LVDS（低压差分信号）格式。ADC12QS065用LVDS来解决所有这些系统问题（图1）。

图1 ADC12QS065简化框图

图2 输出定时图

ADC12QS065在单片上包含4个12位ADC。每个ADC输入都接收全差分信号。输入共模电压来源于共模输出参考电压VCOM12和VCOM34，由ADC12QS065提供。ADC12QS065可选择全差分或单端时钟源。为了采用LVDS，时钟提供LVDS到CLKB，端接紧靠输入引脚。若希望单端CMOS时钟，则把CLKB接低态，而不需要端电阻器。
用差分环形振荡器串行化每个ADC的输出。输入时钟输入乘12，并转换到LVDS时钟输出，以使数据捕获。输入时钟率的LVDS FRAME信号也在输出产生来识别取样数。
输出定时为FPGA提供容易的数据捕获。当取样数据准备好时，发送输出FRAME信号。在LVDS CLOCK OUT转变之后，出现4个输出通道的每个通道的MSB。LVDS CLOCK OUT 信号从DATA OUT 偏移四分之一周期，以减轻时钟管理。在CLOCK OUT转换时捕获每个数据位。采用LVDS的另一个好处是可以用EIA/TIA568标准的双绞线发送这些信号。满足EIA/TIA568标准的双绞线具有100Ω 特性阻抗。紧靠在一起并承载相反电流的导体产生非常低的辐射。在高SNR要求的场合这是所希望的。
在传统单端并行CMOS输出12位ADC中，需要49条（4×12+1）线发送转换器，输出到数字处理器。若把输出位串行化，每个通道有单对差分线。也要说明输出时钟和帧信号线。
因为LVDS用来自电源的电流，靠来自LVDS端或其他的“操纵”（steering）电流，所以从电源恒定地吸收电流。这降低了呈现在电源线上的开关转换负载。此优点使电源线上的电源噪声比较低，从而减小去耦电容的尺寸并减轻布线要求。
串行LVDS允许更小的封装，而信号传输是非常有效的。然而在很多应用中，低功耗是非常重要的。每个通道节省每毫瓦功率，对于需要几个数据通道的系统有巨大意义。因此，除静态驱动器外，ADC12QS0D65具有3个分离电源。可以连接每个电源使其成为单电原ADC或保护分离。分离电源进一步隔离ADC内部电路每部分。分离电源的另一个优点是输出驱动器电压可以低到2.5V，以节省功耗。
ADC12QS065也具有自己内部参考供电的能力，允许外部驱动基准。这使多ADC可连组在一起，分别把所有的VRET和VREFN连接在一起。靠保证每个芯片匹配的增益和偏移，可减小系统定标要求。若系统允许差分信号传输，用低共模噪声电感是有益的，可以降低电源瞬变，在输出线上有低数字辐射。ADC12QS065从模拟输入、时钟输入到串行LVDS输出，提供全差分转换。它所具有的分离电源能力允许用于进一步模拟数字域分离，并提供较低的功耗。■ (益林)