Galvanisch isolierte LVDS-Schnittstellenschaltung

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Der LVDS-Empfänger ADN4664 kann LVDS-Signale an RIN1+, RIN1− und RIN2+ bzw. RIN2− empfangen. Die Empfängerausgänge (die ROUT1- und ROUT2-Testpunkte) sind mit dem ADuM3442 verbunden, um die Signale zu isolieren. Die korrespondierenden Logikausgänge am ADuM3442 sind OUT1 und OUT2.

Die Schaltung wird auf der Logikseite über eine Verbindung mit VDD1 versorgt. Diese Versorgungsspannung kann 3,3 oder 5 V betragen und versorgt die Logikseite des ADuM3442 (die Signalisolation für die Schaltung). Außerdem versorgt sie den ADuM5000, der eine isolierte Versorgung für die Bus-Seite der Schaltung liefert.

Der Ausgang V_ISO des ADuM5000 liefert die 3,3-V-Versorgung für den LVDS-Treiber (ADN4663) und den LVDS-Empfänger (ADN4664) sowie für die Bus-Seite des ADuM3442.

Die in der Applikationsschrift AN-0971 beschriebenen Richtlinien „Recommendations for Control of Radiated Emissions with isoPower Devices” wurden bei der Realisierung des Schaltungslayouts beachtet. Zusätzlich wurde das Layout für eine schnelle differenzielle Signalführung optimiert.

Schnelle differenzielle Signalführung

Die LVDS-Eingangs/Ausgangs-Leiterbahnen haben die gleichen Längen und Impedanzen von 50 Ω gegenüber Masse (100 Ω zwischen differenziellen Paaren). Testpunkte an jedem Paar befinden sich ebenfalls in gleichen Abständen vom Treiber/Empfänger. Mehrere Vias zur Masse sind entlang der Leiterbahnen platziret, um die Signalintegrität bei hohen Frequenzen zu verbessern.

Abschlusswiderstände (R1, R2) von 100 Ω befinden sich an den LVDS-Eingängen RIN1+, RIN1− und RIN2+ bzw. RIN2−. Das Empfangsende aller an DOUT1+, DOUT1− und DOUT2+ bzw. DOUT1− angeschlossenen Busse sollten entsprechende Abschlüsse aufweisen.

Die Versorgung und Masse sind über einen Schraubanschluss (VDD1 und GND1) angeschlossen. Logik-Eingänge/Ausgänge ((IN1, IN2/OUT1, OUT2) sind über vier SMB-Steckverbinder angeschlossen.

Die Bus-Signale sind auf ähnliche Weise über acht SMB-Steckverbinder angeschlossen. Diese sind mit dem LVDS-Treiber (ADN4663) und dem Empfänger (ADN4664) über Leiterbahnen mit Impedanzen von 50 Ω gegen Masse verbunden.

Schaltungsevaluierung und Test

Zur Versorgung der isolierten LVDS-Schnittstellenboards legt man 3,3 oder 5 V an VDD1 an. Um zu testen, dass die Schaltung richtig versorgt wird, überprüft man den Spannungspegel am Testpunkt VDD2. Dieser Testpunkt ist die isolierte Versorgung von ADuM5000 und sollte entsprechend 3,3 oder 5 V betragen.

Bild 3: Übertragungs- und Empfangskanal 1, Testaufbau
(Bild: ADI)

Ein kompletter Sende- und Empfangspfad lässt sich testen, indem man die LVDS-Ausgänge für einen Kanal an die LVDS-Eingänge für einen Kanal anschließt. Um zum Beispiel Kanal 1 zu testen verbindet man mit SMB-zu-SMB Anschlüssen DOUT1+ mit RIN1+ und DOUT1− mit RIN1−. Ein Signal- oder Pattern-Generator kann an IN1 angeschlossen werden. Der Ausgang am Testpunkt OUT1 (oder dem OUT1-Steckverbinder) muss an den Eingang angepasst sein. Bild 3 zeigt den Testaufbau.

Bild 4: Oszilloskop-Kurve von IN1, RIN1+, RIN1− und OUT1 für ein Signal von 50 MBit/s
(Bild: ADI)

Die Oszilloskop-Kurve in Bild 4 zeigt die Signalverläufe für IN1, RIN1+, RIN1− und OUT1, wenn dieser Test mit einem Taktsignal von 50 MBit/s an IN1 und einer 90 cm langen, geschirmten Leitung zwischen DIN1+ und RIN1+ sowie DIN1− und RIN1− durchgeführt wird.

Die Messungen wurden mit Tastköpfen mit niedriger Kapazität (<1 pF) am LVDS-Bus durchgeführt. Für höhere Datenraten sollte man kürzere Leitungen zwischen den LVDS-Aus- und Eingängen verwenden.

* Dr. Conal Watterson arbeitet als Applikationsingenieur in der Gruppe Interface & Isolation Technology (ITG) bei Analog Devices in Limerick, Irland.

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Schaltungstipp

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Schnelle differenzielle Signalführung

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