高速电路设计----第三章(3)LVPECL、CML逻辑电平详解

2023-10-27 10:15

本文主要是介绍高速电路设计----第三章(3)LVPECL、CML逻辑电平详解,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

一、LVPECL介绍

        LVPECL是ECL电平的正电源、低电压版本。

        ECL电平是指发射极耦合逻辑(Emitter   Coupled  Logic),与TTL相同,ECL的主体结构由三极管组成,不同的是 ECL内部的三极管工作在非饱和状态(即截止或者放大状态),符合高速信号逻辑状态迅速变化的要求。从这点上来说,ECL速率的提升是以功耗的增大为代价的。

        ECL是负电源,电路设计很不方便,而LVPECL是正电压、低电压。设计方便。被广泛使用。        

二、LVPECL设计

        LVPECL输出端的关键部分是一对差动放大器Q1、Q2,以及一对射极输出器Q3、Q4,不仅拥有差分对信号的抗干扰能力强的优势,还拥有射极输出电阻小、驱动能力强的优点。

上图中,VCC供电为3.3V或者2.5V,VBB为内部参考电平

        ①V1大于VBB, 则Q1导通,Q2截止,Q3导通,Q4截止。输出 “1”

        ②V1小于VBB, 则Q2导通,Q1截止,Q4导通,Q3截止。输出 “0”

        由于Q1和Q2是轮流导通的,VCC和GND永远有一条电流通路。所以功耗大。

LVPECL属于电流驱动型,OUT+和OUT-引脚通过50Ω电阻终结于VCC-2V,输出电流为14mA。

因此,OUT+和OUT-的共模电平为VCC-1.3V。

        计算方法是VCC-2V+14mA*50Ω   =   Vcc-2V+0.7V   =   VCC-1.3V

LVPECL外部终结电平:VCC-2V。

LVPECL共模电平:VCC-1.3V

这两个参数对LVPECL匹配电路设计至关重要。

三、总结

        对于LVPECL,国际标准组织还未制定任何标准。因此不同厂家参数不同。

我们在设计中,应该重点关注LCPECL以下特点:

        ①与LVDS相比,LVPECL的功耗更大匹配电路设计更复杂但支持更高的传输速率抗抖动性能更佳。。在高速设计中LVPECL常用于高速时钟和数据的电平,例如百兆、千兆的PHY芯片的MDI接口,PLL时钟信号等。

        ②内部三极管工作在非饱和状态,LVPECL传输延时很小

        ③Q1和Q2始终有条VCC到GND的电流通路工作着,功耗大,但与传输速率无关

        ④LVPECL采用电流驱动模式,电源VCC的作用只是提供电流通路和外部偏执电平,电源纹波对信号的影响相对较小。当LVPECL作为时钟信号的电平时,为防止电源纹波耦合到时钟信号上,应尽量提高电源的质量。

        ⑤LVPECL外部端接电路较为复杂,LVPECL输出端需要偏执到VCC-2V。(也就是需要加分压电阻上拉到VCC)。输入端需要偏执到VCC-1.3V.为减少电源种类,设计中往往通过分压电阻实现不同的偏执要求。与LVDS\CML对比,LVPECL的外部电路明显更复杂。这些电路会造成高速信号线上的分叉。因此LVPECL不适合要求极高的高速信号。如10Gbps以太网的MDI接口采用的是CML电平而不是LVPECL电平。

三、CML逻辑电平介绍及其应用要点

        CML是指电流模式逻辑,是高速设计中最常见的一种电平。

        高速应用中,许多的高速接口采用CML电平。例如:XAUI(10Gbps 以太网连接单元接口)、10G XFI接口(10Gbps 以太网串行接口)等。

        由于输入和输出的匹配已集成于片内,基本不需要外部端接,因此CML的应用非常简单。

组成:Vcc + 50Ω电阻 + 一对三极管组成的差动放大器 + 电流源 

        CML电源Vcc:一般取1.2V

        50欧姆电阻:接在VCC和三极管的C端

        输出端:从C端输出。

        电流源: 在三极管的E极接一个16mA的电流源到地。

如下图所示:

       

CML的输出信号 OUT+、OUT-电平下图所示

        

OUT+或者OUT-(单个信号)的共模电平是VCC-0.2V,最大摆幅为400mV。那么组合在一起差分对的摆幅就为800mV。

        CML的输入端有射极输出器构成,所以输入阻抗大。  结构如下图所示。      

        

         CML电平,国际没有制定任何标准,不同厂家器件的参数不一致,使用时要仔细分析器件资料上对应的参数。下图是某家的参数规格:

        Vis是输入电平的范围。

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