3. LVDS IO电路架构:发送器(TX)与接收器(RX)基本拓扑结构

LVDS(Low-Voltage Differential Signaling)接口的核心在于其电流驱动型差分传输架构。发送器(TX)将并行数据转换为高速串行差分电流信号,接收器(RX)则通过高输入阻抗的差分放大器恢复数据。在T22ULP工艺下,理解这两种基本拓扑结构是进行IO驱动配置的前提。

3.1 发送器(TX)基本拓扑:电流源切换型差分对

LVDS TX的核心是一个由尾电流源、差分开关对和输出阻抗匹配网络构成的电流模式驱动器。其基本原理是:通过控制差分对管的交替导通,将恒定电流引导至外部100Ω终端电阻,从而产生约±350mV的差分摆幅。

关键设计约束: T22ULP工艺下,TX的输出共模电压必须严格控制在1.2V ± 0.1V范围内,且输出摆幅需满足ANSI/TIA/EIA-644标准(250mV ~ 450mV)。
LVDS 发送器(TX)基本拓扑结构 VDD (1.8V) I_TAIL (3.5mA 恒流源) M1 (导通) M2 (关断) DIN_P DIN_N DOUT_P DOUT_N R_T = 100Ω I_path (3.5mA) 摆幅计算:V_OD = I_TAIL × R_T = 3.5mA × 100Ω = 350mV

3.2 接收器(RX)基本拓扑:带迟滞的差分比较器

LVDS RX的核心是一个高输入阻抗、低输入电容的差分放大器,通常带有可控迟滞功能以增强抗噪能力。在T22ULP工艺中,RX的输入共模范围需覆盖0V ~ 2.4V,且输入差分阈值典型值为±100mV。

T22ULP工艺提示: RX输入对管建议使用厚栅氧器件(2.5V IO器件)以承受可能的过压应力,同时利用工艺提供的MIM电容进行输入共模反馈补偿。
LVDS 接收器(RX)基本拓扑结构 RIN_P RIN_N R_T (100Ω) V_CM 偏置 差分放大器 (高增益级) Av > 100 BW > 1GHz 迟滞控制 输出缓冲 DOUT RX 关键设计参数(T22ULP) • 输入共模范围:0V ~ 2.4V(支持GND参考和VDD参考两种模式) • 差分输入阈值:|V_TH| = 50mV ~ 150mV(可通过迟滞控制调节) • 输入阻抗:> 100kΩ || 5pF(确保不破坏传输线终端匹配)

3.3 TX与RX拓扑对比总结

对比维度 发送器 (TX) 接收器 (RX)
核心电路类型 电流源切换型差分对 高增益差分比较器
输出/输入信号 差分电流信号(350mV摆幅) 差分电压信号(100mV阈值)
终端匹配 外部100Ω电阻(靠近RX端) 片上100Ω电阻(可选)
共模电压 1.2V(由输出共模反馈控制) 0V ~ 2.4V(宽共模范围)
T22ULP关键器件 1.8V IO器件 + 精密电流镜 2.5V厚栅氧器件 + MIM电容
功耗典型值 ~3.5mA(静态) ~2.0mA(静态)

3.4 T22ULP工艺下的拓扑设计要点

  • TX输出摆幅控制: 利用T22ULP工艺提供的精密电阻(如RPOLY)实现I_TAIL的精确镜像,避免因工艺角变化导致摆幅超出标准范围。
  • RX输入保护: 在RIN_P/RIN_N与核心放大器之间插入ESD保护二极管和串联限流电阻(典型值50Ω),防止热插拔或过压损坏。
  • 共模反馈环路: TX必须包含共模反馈(CMFB)电路,确保输出共模电压在1.2V ± 0.1V内。T22ULP工艺下建议使用开关电容型CMFB以降低功耗。
  • 迟滞设计: RX的迟滞电压通过正反馈环路实现,典型迟滞窗口设为±50mV,可有效抑制传输线上的噪声毛刺。
常见设计陷阱: 在T22ULP工艺中,TX的尾电流源若使用最小沟道长度器件,会因沟道长度调制效应导致输出共模电压随工艺角剧烈变化。建议尾电流源管采用3倍最小沟道长度(L=3L_min),并配合共模反馈环路进行补偿。