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6.3.2 交流耦合

LVPECL到LVDS的交流耦合结构如图18所示,LVPECL的输出端到地需加直流偏置电阻(142Ω到200Ω),同时信号通道上一定要串接50Ω电阻,以衰减LVPECL输出信号,满足LVDS输入的要求。LVDS的输入端到地需加5.0kΩ电阻,以提供共模偏置。

图 18. LVPECL与

LVDS之间的交流耦合 6.4 LVDS到LVPECL的连接

LVDS与LVPECL之间的直流和交流耦合需考虑几点因素。 6.4.1 直流耦合

LVDS与LVPECL之间采用直流耦合结构时,需要加一个电阻网络,如图19所示。该电阻网络完成LVDS输出直流电平(1.2V)到LVPECL输入电平(VCC-1.3V)的转换。由于LVDS的输出是以地为参考,而LVPECL的输入是以VCC为参考,这需要在构建电平转换网络时注意LVDS的输出不会对供电电源的变化敏感;另一个问题是需要在功耗和速度方面折中考虑,如果电阻值(R1、R2、R3)取得较小,由电阻网络和LVPECL输入寄生电容构成的时间常数较小,允许电路在更高的速度下工作。但是,由于这些电阻上流过较大的电流,使得总功耗增大。这时,LVDS的输出性能容易受电源波动的影响。还有一个问题就是要考虑阻抗匹配和网络衰减问题,电阻值可以通过下面的方程导出。

图 19. LVDS与LVPECL之间的直流耦合

在VCC = +3.3V时,解上面的方程得:R1 = 374Ω,R2 = 249Ω,R3 = 402Ω,VA = 1.2V,VB = 2.0V,RIN = 49Ω,增益 = 0.62。LVDS的最小差分输出信号摆幅为500mVP-P,在上面结构中加到LVPECL输入端的信号摆幅变为310mVP-P,该幅度可能低于PECL的输入标准,但对于绝大多数Maxim公司的LVPECL输入电路来说,该信号幅度是足够的,原因是Maxim公司LVPECL输入端有较高的增益。在实际应用中,读者可根据器件的实际性能作出自己的判断。

6.4.2 交流耦合

LVDS到LVPECL的交流耦合结构较为简单,图20给出了两个例子。

图20 LVDS到LVPECL的交流耦合 6.5 CML和LVDS间互连

CML与LVDS之间采用交流耦合方式连接(图21)。注意,CML信号输出摆幅应该在LVDS输入能够处理的范围以内。

如果LVDS驱动器需要驱动一个CML接收器,可以采用图22所示的交流耦合方式。

图21 CML与LVDS之间采用

交流耦合

图22 LVDS与CML之间采用交流耦合

LVPECL

LVPECL即Low Voltage Positive Emitter-Couple Logic,也就是低压正发射极耦合逻辑,使用3.3V或2.5V电源,LVPECL是由PECL演变而来的,PECL即 Positive Emitter-Couple Logic,也就是正发射极耦合逻辑的意思,使用5.0V电源,而PECL是由ECL演变而来的,ECL即Emitter-Couple Logic,也就是发射极耦合逻辑,ECL有两个供电电压VCC和VEE。当VEE接地时,VCC接正电压时,这时的逻辑称为PECL;当当VCC接地时,VEE接负电压时,这时的逻辑成为NECL,VEE一般接-5.2V电源;一般狭义的ECL就是指NECL。 ECL分类:

ECL/PECL/LVPECL逻辑的优点:

1. 输出阻抗低(6~8ohm),输出阻抗高(可以看作无穷大),所以驱动能力特别强,它可以驱动50~130ohm特征阻抗的传输线而交流特性并没有明显的改变。由于驱动能力强,所以支持更远距离的传输,所以背板走线或长线缆传输基本上都使用ECL逻辑。

2. ECL器件对电压和温度的变化不如TTL和CMOS器件敏感,ECL时钟驱动器产生的各路时钟的并发性更好,skew更小。

3. 相对于同为差分信号的LVDS,ECL支持的速率更高,受工艺的限制,LVDS的逻辑很少有高于1.5GHz的应用,而ECL可以应用高于10GHz的场合,可以说,高于5GHz的场合,基本上是ECL和CML的天下。在所有的数字电路中,ECL的工作速度最高,其延时小于1ns,在中小规模集成电路,高速,超高速数字系统和设备中应用

4. 对传输线阻抗的适应范围更宽。LVDS属于电流型驱动,其终端的100ohm匹配电阻兼有产生电压的功能。因此,为了不改变信号的摆幅,终端电阻的阻值必须取100ohm,为了保证较好的信号完整性,LVDS的传输线阻抗也必须精确控制在50ohm,否则容易产生反射等SI问题。 ECL/PECL/LVPECL逻辑的缺点:

跟它的优点一样,ECL的缺点也很明显,那就是功耗大,噪声容限小,抗干扰能力弱。ECL电路的逻辑摆幅只有0.8V,直流噪声容限只有200mV。可以说,ECL的高速性能是用高功耗、低噪声容限为代价换来的。 PECL的标准输出负载是50ohm至VCC-2V的电平上,在这种负载条件下,OUT+与OUT-的静态电平典型值为VCC-1.3V,OUT+与OUT-的输出电流为14mA。 PECL的输出电路结构:

PECL的输入是一个具有高输入阻抗的差分对,该差分对的共模电压需要偏置到VCC-1.3V,这样允许的输入信号电平动态最大。有的芯片在内部已经集成了偏置电路,使用时直接连接即可,有的芯片没有加,使用时需要在芯片外部加直流偏置。

PECL的输入电路结构:

PECL的逻辑电平指标:

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