CML、PECL 及LVDS 间的互相连接

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CML、PECL 及LVDS 间的互相连接
输出采用交流耦合至509负载,这时的直流阻抗有集电极电阻决定,为509,CM输出共模 电压变为vcc-0.4V,差分信号摆幅仍为800mV。在交流和直流耦合情况下输出波形见图4。 -0.2V 50950 Vcc-0 4V oLT+ (a)直流耦合至509上拉电阻 OCT Vcc-0 2V 16mA Vcc-06V (b)交流耦合至509负载 图3.CML输出结构 图4.CML在不同负载时的输出波形 2.2.CML接口输入结构 CML输入结构冇几个重要特点,这也使它在高速数据传输中成为常用的方式,如图5所 示, MAXIM公司的CML输入阻抗为50g,容易使用。输入晶体管作为射随器,后面驱动一差 分放大器 50g 509 图5.CML输入电路结构 表二以MAX3831、MAX3832为例列出了CM器件的输入输出技术参数 表格2.CML输入和输出参数 参数 条件最小 典型 最大 单位 差分输入电压 640 800 1000 输出共模电压 Vcc-0.2 V 单端输入电压范围|vs Vcc+0. 2 差分输入电压摆幅 400 1000 ⅥVpp 不同产品输入灵敏度不同,如 3.LVDS接 LWDS用于低压差分信号点到点的传输,该方式有三大优点,从而使得它更具有吸引力。 A)LWDS传输的信号摆幅小,从而功耗低,一般差分线上电流不超过4mA,负载阻抗为1009。 这一特征使它适合做并行数据传输。B)LWDS信号摆幅小,从而使得该结构可以在2.4V的低 电压卜工作。C)LWS输入单端信号电压可以从0V到2.4V变化,单端信号摆幅为400mV,这 样允许输入共模电压从0.2V到2.2V范围內变化,也就是说LⅦDS允许收发两端地电势有士1 的落差。 3.1.LVDS接囗输出结构 MAXIM公司LWDS输出结构在低功耗和速度方面做了优化,电路如图6所示。电路差分输 出阻抗为1009,表三列出了其他一些指标 图6.LVDS输出结构 3.2.LVDS接口输入结构 IwDS输入结构如图7所示,输入差分阻抗为1009,为适应共模电压宽范围内的变化 输入级还包括个自动电平调整电路,该电路将共模电压调整为固定值,该屯路后面是 个 SCHMITT触发器。 SCHMITT触发器为防止不稳定,设计有一定的回滞特性, SCHIMTT后级是 差分放大器 IN+ 509 ADAPTIVE LEV SCHIMITT SHIFTER IRIGGER 150g 图7.LVDS输入结构 表三总结了 MAXIM公司LWDS输入与输出技术指标(MAX3831,MAX3832,MAX3880,MAX3890 MAX3885) 表格3.LVDS输入与输出参数 参数 符号条件 最小典型最大单位 LWDS输出高电压 VoH 1.475V VDS输出低电压 Vo 0.925 V LVDS输出差分电压 250 400mV LVDS在不同状态时 m 输出差分电压波动 LWDS输出电压偏移量 1.125 1.275V LVDS在不同状态时 △|V 25 输出电压偏移量波动 LWDS输出差分阻抗 80 120 LDS输出电流 两差分端相接 MA 差分单端到地短路 40 LVDS输入单端电压汔围 LDS输入差分信号灵敏度V山 100 m LwDS输入共模电流 Vs=1.2V时 350 H A LWDS回滞门限宽度 70 LWDS输入差分阻抗 R 100115 4.接口的连接 4.1.CML到CML的连接 CML到OML之间连接分两种情况,当收发两端的器件使用相同的电源时,CML到CML可 以采用直流耦合方式,这时不需加任何器件;当收发两端器件采用不同电源时,一般要考虑 交流耦合,如图8中所示,注意这时选用的耦合电容要是够大,以避免在较长连0或连1情 况出现时,接收端差分电压变小。 GIVER RECEINER TECEIVER (a)CML间直流耦合形式 (b)CLM间的交流耦合形式 图8.CML到CML之间的连接 4.2.PECL到PECL的连接 PECL到PECL的连接分直流耦合和交流耦合两种形式,下面分别介绍: 4.2.1.直流耦合情况 PECL负载一般考虑是通过509接到Vce-2V的电源上,一般该电源是不存在的,因此通 常的做法是利用电阻分压网络做等效电路,如图9中所示,该等效电路应满足如下方程: 解上面方程组,得到: VCC CRIVER 正CEI/ER R2 图9.等效电路形式 在3.3V供电时,电阻按5%的精度选取,R1为1309,R2为829。而在5供电时,R1 为829,R2为1309。图10给出了这两种供电情况时的详细电路。 -3.3V +5.CV 1309130 1309 图10.PECL电路间直流耦合 这种等效电路同时提供50g的交流阻抗以匹配传输线。然而并没有规定,PECL的输岀 阻抗要和传输线特征阻抗匹配。 4.2.2.交流耦合情况 PECL在交流耦合输出到50Ω的终端负载时,要考虑PECL的输出端加一直流偏置电阻, 如图11所示。 入R1150m RECEIVER r1 150ohm R3 图1.PECL电路间交流耦合 PECL的输岀共模电压需固定在Vc-1.3V,在选择直流偏置电阻时仅需该电阻能够提供 14mnA到地的通路,这样R1=(Vcc-1.3V)/14mA在3.3V供电时,R1=1429,5V供电时,R1=270 g。然而这种方式给出的交流负载阻抗低于509,在实际应用中,3.3V供电时,R1可以从 142Ω到200Ω之间选取,5V供电时,R1可以从270Ω到350Ω之间选取,原则是让输出波形 达到最佳。 PECL交流耦合另外有两种改进结构,种是在信号通路上串接·个电阻,从而可以增大 交流负载阻抗使之接近50Ω;另一种方式是在直流徧置通道上串接电感,以减少该偏置通道 影响父流阻抗。 图11中R1和R2的选择应考虑如下几点:(1)PFCL输入直流偏压应固定在Vcc-1.3V (2)输入阻抗应等于传输线阻抗;(3)低功耗;(4)外围器件少。最常用的就是图11中的 两种。在图11(a)中,R1和R2的选择应满足下面方程组 // 求解得到: 供电时 +供电时 图11(a)有一个缺点就是它的功耗较大,当对功耗有要求时,可以采用图11(b)所 示的结构,在这种情况下,R2和R3需满足如下方程组 ////9 R2和R3通常选 供电时 供电时 4.3.LVDS到LVDS的连接 因为LVDS的输入与输出都是内匹配的,所以LWDS间的连接可以如图12中那样直接连 接 LVDS DRIVER RECEIVER 图12.LVDS间连接 5.LVDS,PECL,CML间的互连 在下面的讨论中,PECL按3.3V供电考虑,即 LVPECL情况 5.1. LVPECL到CML的连接 5.1.1.交流耦合情况 LwDS到CML的一种连接方式就是交流耦合方式,如图13所示。在 LVPECL的两个输出端 各加一个到地的偏置电阻,电阻值选取范围可以从1429到20092。如果 LVPECI的输出信号 摆幅大于OM的接收范围,可以在信号通道上串一个259的电阻,这时CM输入端的电压摆 幅变为原来的0.67倍。 259 LVPECI DRIVER 0 RECEIVER 259 R 图13. LVPECL到CML的交流耙合连接方式 5.1.2.直流耦合情况 在LⅦPECL到CML的直流耦合连接方式中需要一个电平转换网络,如图14中所示。该电 平转换网终的作用是匹配 LVPECL的输出与CML的输入共模电压。一般要求该电平转换网终引 入的损耗要小,以保证 LVPECL的输出经过衰减后仍能满足CM输入灵敏度的要求;另外还要 求自 LVPECL端看到的负载阻抗近似为509。下面以 LVPECL驱动MAX3875的CML输入为例说 明该电平转换网络。 3.3V 509 LVPEC R3 B R MAX3875 图14. LVPECL到CML(MAX3875)间直流耦合时电阻网络 下面是该电阻网络必须满足的方程 ///( g2) 注:假定 的最小差分输出摆幅为 m 的输入灵敏度为,这样电阻网络的最小增益必须人于 求解上面的方程组,我们得到R1=1829,R2=829,R3=2909,VA=1.35V,VB=3.11V, Gain=0.147,Zin=49Ω。把IPCL输出与MAX3875输入连接好,实测得:VA=2V,VB=3.3V LVPECL到MA3875的直流耦合结构如图15所示,对于其它的CML输入,最小共模屯压 和灵敏度可能不同,读者可根据上面的考虑计算所需的电阻值。 1829 1829 290g LyFECL DRIVER RECEIVER 2909 82Q 图15. LVPECL到CML(MAX3875)的直流耦合结构 52.CML到 LVPECL的连接 图16给出了CML到 LVPECL三种交流耦合解决方案。 +3.3V 3.3V 2.7kQ 2.7x 1309 100 (c) LVPECL芯片内有直流偏置情况 图16.CML到 LVPECL的交流耦合结构 53. LVPECL到LVDS的连接 5.3.1直流耦合情况 LVPECL到LVDS的直流耦合结构需要一个电阻网络,如图17中所示,设计该网络时有这 样几点必须考虑:首先,我们知道当负载是509接到Vcc-2V时, LVPECL的输出性能是最优 的,因此我们考虑该电阻网络应该与最优负载等效;然后我们还要考虑该电阻网络引入的衰 减不应太大, LVPECL输岀信号绎衰减后仍能落在LDS的有效输入范围内。注意LVDS的输入 差分阻抗为100g,或者每个单端到虚拟地为50Ω,该阻抗不提供直流通路,这里意味着LVDS 输入交流阻抗与直流阻抗不等。 LVPECL到LwDS的直流耦合所需的电阻网络需满足下亩方程 组: LVPECL 829 50g2 130g 1309 (a)等效电路 (b) LVPECL到LVDS的连接 图17. LVPECL到LVDS的直流耦合结构 /( /( Q 10

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