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何时为专用逻辑和模拟PCB使用线路驱动器
何时为专用逻辑和模拟PCB使用线路驱动器
MCU、FPGA、CPU、SoC 和数字组件的任何其他首字母缩写词包括标准化接口（如 SPI、I2C、UART）或高速接口（如 USB）。在工业方面，常见的高速数字协议有 CAN 总线和工业级版本。不使用任何这些协议或需要使用混合信号操作的特殊逻辑应用程序呢？还需要考虑模拟信号，它们可能没有任何标准化接口，但可能需要放大和长距离传输。
长距离接收信号或分散到大量接收器需要一些额外的组件，这些组件可以为多个接收器（例如缓冲器）提供足够的功率，或者可以克服长互连上的损耗，例如通过电缆传输。线路驱动器是用于标准协议（如 LVDS）以及需要长距离数据传输的混合或特殊逻辑应用中的一种组件。线路驱动器有时与时钟分配或扇出缓冲一起被提及，这两者都是开发专用逻辑电路和低频模拟系统的重要点。
由于高速数字协议通常不使用单独的线路驱动器组件，因此了解何时在其他类型的系统（无论是数字系统还是模拟系统）中使用这些组件非常重要。在本文中，我们将探讨线路驱动器和缓冲之间的关系，并展示一些您可以在市场上找到的线路驱动器选项。
线路驱动器应用
线路驱动器基本上是一个缓冲器或放大器，可以接受低电平输入并提供高电平输出。从线路驱动器的输出侧看，这些组件还提供低电平驱动器和具有高阻抗元件的接收器电路之间的隔离。实际上，线路驱动器提高了逻辑应用中的信号电平，这意味着可以向负载组件提供更多功率。这为我们提供了线路驱动器的两种可能应用：
放大输入信号并驱动长传输线
放大输入信号并将其路由到多个负载（扇出）
如果您有一个单线驱动器和一组连接在长传输线上的接收器，那么您就可以同时有效地执行这两种功能。执行此功能的线路驱动器可能被命名为“扇出缓冲区”或类似名称。这些组件基本上执行下图所示的功能。
尽管这些组件在许多具有集成数字接口的小型处理器或SoC出现之前就已经上市，但它们在许多专业应用中仍然有用。下面概述了一些常见的情况。
具有高数据速率的数字通道
提供支持各种扇出比和数据速率的线路驱动器。数据速率规范（假设使用像 NRZ 这样的二进制协议）等同于时钟速率规范，这意味着会有一些与这些组件兼容的最大时钟速率。为了支持更高的数据速率，一些线路驱动器对输出比特流应用预加重，以抑制符号间干扰。
对于数字应用，拥有线路驱动器的目的是为驱动信号提供足够的增益，以克服总线上有许多组件的总输入电容，以及克服长线路上的损耗。当多个组件及其输入传输线在总线上并联布置时，该布置将对地产生一些寄生电容。这些电容增加并增加了在单个时钟帧内引起负载切换所需的驱动电流。这些组件的常见用途是在时钟树中，或者在系统时钟沿高阻抗连接发送到总线上的大量组件的情况下。在某些情况下，驱动器太弱而无法驱动单个负载，因此线路驱动器会提升信号以便它可以驱动负载组件。
线路驱动器还可用于将输入比特流重新格式化为不同的线路驱动标准（单端或差分模式）。例如，在 SATA 标准中，线路驱动器缓冲输入差分电流模式逻辑 (CML)信号并将其作为补偿CML信号重新传输。在此示例中，线路驱动器补偿PCB走线或电缆上的信号损失和失真，以便在接收器上看到正确的信号电平和上升时间。
模拟应用
线路驱动器提供的放大在模拟应用中被用于不同的用途，特别是在音频应用中。当线路驱动器靠近信号驱动器放置时，线路驱动器提供的放大增加了有效动态范围。如果在通道的输出侧接收到噪声，由于线路驱动器提供的增益，SNR 值总体上会更高。当需要在嘈杂的环境中通过长电缆传输低电平模拟信号时，这特别有用。当使用差分线路驱动器时，您将获得与差分运算放大器相同的好处；只要线路长度匹配，接收器就会抑制共模噪声。
长电缆连接
像传输线一样的长电缆具有自己的电容，其作用与在总线上并联许多接收器组件的作用相同。线路驱动器可以提供克服这些线路损耗所需的信号增强，同时还确保下游接收器可以以适当的输入信号电平驱动。这基本上是 RS485 中差分线路驱动器的功能，通常集成在RS485 收发器 IC中。为了确保信号通过线路传输而没有反射，一些线路驱动器在单端和差分线路驱动器中都将阻抗匹配电路与电缆/连接器阻抗结合在一起。
重要的线路驱动器规格
虽然不同的线路驱动器专门用于特定应用，但有一些标准是任何线路驱动器的常见选择标准：
数据速率/时钟速率：线路驱动器具有特定的开关速度，这将限制可用的数据速率。对于二进制信号，数据速率和时钟速率应该相等。
差分与单端：高数据速率线路驱动器将使用差分输出。较低速度/频率的线路驱动器或时钟扇出缓冲器可能使用单端信号，并且可能不需要受控阻抗。确保检查您的接口规格。
接口转换：一些线路驱动器包含接口电平转换。这通常在转换为 LVDS 接口时需要。
输出偏斜：具有多个输出的高数据速率线路驱动器在输出之间总是会有一些偏斜。如果需要跨扇出组件的精确时序，这一点很重要。
谐波失真：这对于模拟应用中使用的线路驱动器很重要，它将决定消除放大期间产生的任何不需要的谐波所需的滤波级别。