淺談LVDS、CML、LVPECL三種差分邏輯電平之間的互連

本篇主要介紹LVDS、CML、LVPECL三種最常用的差分邏輯電平之間的互連。由于篇幅比較長(zhǎng)，分為兩部分：第一部分是同種邏輯電平之間的互連，第二部分是不同種邏輯電平之間的互連。

下面詳細(xì)介紹第一部分：同種邏輯電平之間的互連。

1、LVDS到LVDS的連接

1.1、直流匹配
LVDS直接是可以直接連接的，不論是2.5V還是3.3V，無非是否在外部再放一個(gè)100歐姆匹配電阻。端接電阻要靠近接收端輸入引腳?。?！

內(nèi)置100Ω端接電阻的連接方式

外接100Ω端接電阻的連接方式

1.2、交流匹配
如果接收器輸入端內(nèi)置直流偏置，交流匹配也就是帶不帶100歐姆匹配的問題。

內(nèi)置100Ω端接電阻的連接方式

外接100Ω端接電阻的連接方式

如果芯片沒有內(nèi)置直流偏置電壓，就需要外接電阻到參考電壓(1.2V)。為了支持傳輸線上的長(zhǎng)0和長(zhǎng)1數(shù)據(jù)序列，耦合電容的值不能太小，一般取0.1uF。C1、C2盡量靠近接收端放置，但不用像端接電阻那樣緊貼輸入管腳。

2、CML到CML的連接

CML到CML之間連接分兩種情況，當(dāng)收發(fā)兩端的器件使用相同的電源時(shí)，CML到CML可以采用直流耦合方式，這時(shí)不需加任何器件；當(dāng)收發(fā)兩端器件采用不同電源時(shí)，一般要考慮交流耦合，注意這時(shí)選用的耦合電容要足夠大，以避免在較長(zhǎng)連0或連1情況出現(xiàn)時(shí)，接收端差分電壓變小。

2.1、直流匹配
如果接收器的輸入有內(nèi)置匹配，如果接收器與發(fā)送器之間采用相同的VCC電源，CML驅(qū)動(dòng)器輸出可以直流耦合到CML接收器輸入，無需額外的元件，可以直連。

直流匹配——直連

如果接收器的輸入沒有內(nèi)置匹配，則需要在終端并接100歐姆匹配電阻。

直流匹配——100歐姆匹配

如果接收器的輸入沒有內(nèi)置匹配，也可以通過在終端上拉50歐姆匹配電阻進(jìn)行互連。

直流匹配——50歐姆上拉匹配

2.2、交流匹配
如果接收器與發(fā)送器采用不同的電源，系統(tǒng)需要用交流耦合方式。交流耦合情況下，耦合電容應(yīng)足夠大，以避免信號(hào)包含一長(zhǎng)串相同數(shù)字時(shí)導(dǎo)致過大的低頻衰減。

交流匹配——直連

如果接收器的輸入沒有內(nèi)置匹配，則需要在終端并接100歐姆匹配電阻。

交流匹配——100歐姆匹配

如果接收器的輸入沒有內(nèi)置匹配，也可以通過在終端上拉50歐姆匹配電阻。

交流匹配——50歐姆上拉匹配

3、LVPECL到LVPECL的連接

3.1、直流匹配
3.1.1、50歐姆匹配到參考電壓

最簡(jiǎn)單的LVPECL匹配方式就是在接收器的輸入側(cè)需要一個(gè)參考電壓，參考電壓要比Vcc低2.0V，額外的電源需求會(huì)增加電路的復(fù)雜度和成本。Vcc-2.0V的偏置電壓是考慮到ECL的14mA在50歐姆上的0.7V壓降，在總線上的中間電平依然是Vcc-1.3V。

3.1.2、三電阻匹配

一種減少附加成本的方式就是增加一個(gè)電阻，兩個(gè)50歐姆電阻提供信號(hào)匹配，另一個(gè)電阻連接到地給這兩個(gè)電阻提供直流偏置到VTT。

3.1.3、四電阻匹配

這是使用最多的LVPECL匹配方式，采用四電阻戴維南匹配。

四個(gè)電阻匹配的計(jì)算步驟如下：

a、從阻抗匹配要求可以得出：

R1||R2=50

b、電阻比等于電壓比可以得出：

(R1+R2)/R2=VCC/(VCC-2)

Vcc-2.0V的偏置電壓是考慮到ECL的14mA在等效50歐姆上的0.7V壓降，在總線上的偏置電壓依然是Vcc-1.3V。

于是可以得到：
R1=50*Vcc/(Vcc-2)
R2=25*Vcc

4個(gè)電阻都必須放在離輸入端很近的地方，對(duì)PCB布板造成困難。匹配電阻功耗比較大，如果路數(shù)很多的話，對(duì)單板的功耗來說是一個(gè)比較大的問題（靜態(tài)電阻很小）。所以，在實(shí)際的布板過程中，一般不提倡使用這種電路。

3.1.4、下拉+100歐姆跨接

這是最常用，最簡(jiǎn)潔的直流匹配方式，特別適合同電壓PECL之間的對(duì)接。

R1=140~200歐姆（3.3V），R1=270~330歐姆（5V），R2=100歐姆。

R1為輸出門提供偏置電流，R2為交流信號(hào)提供匹配。輸入門的直流電平偏置直接利用輸出門的直流電平(Vcc-1.3V)，并不需要外來的上下拉電阻來提供。

此匹配電路電阻個(gè)數(shù)很少，只有3個(gè)。只有R2一個(gè)電阻必須放在離輸入門比較近的地方，R1放置的地方可以比較隨便，只要不引入過長(zhǎng)的線頭（過長(zhǎng)的線頭會(huì)導(dǎo)致反射）就可以了。PCB布板比較容易處理。這種電路是一個(gè)優(yōu)選電路。

3.1.5、下拉+50歐姆匹配到參考電壓

3.2、交流匹配
PECL在交流耦合輸出到50Ω的終端負(fù)載時(shí)，要考慮PECL的輸出端加一直流偏置電阻。PECL的輸出共模電壓需固定在Vcc-1.3V，在選擇直流偏置電阻時(shí)僅需該電阻能夠提供14mA到地的通路，這樣R1=（Vcc-1.3V）/14mA。在3.3V供電時(shí)，R1=142Ω，5V供電時(shí)，R1=270Ω。然而這種方式給出的交流負(fù)載阻抗低于50Ω，在實(shí)際應(yīng)用中，3.3V供電時(shí)，R1可以從142Ω到200Ω之間選取，5V供電時(shí)，R1可以從270Ω到350Ω之間選取，原則是讓輸出波形達(dá)到最佳。

R3和R2的選擇應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)：

PECL輸入直流偏壓應(yīng)固定在Vcc-1.3V；

輸入阻抗應(yīng)等于傳輸線阻抗；

低功耗；

外圍器件少。

3.2.1、三電阻匹配

3.2.2、兩電阻+100歐姆跨接

這是最常用，最簡(jiǎn)潔的交流匹配方式，也常用于PECL/LVPECL/2.5VPECL之間的對(duì)接，推薦使用。

R1=140~200歐姆，屬于直流偏置電阻。

C1為耦合電容，可以放在線上的任何一個(gè)地方，不一定在源端，也不一定要在末端。

R4=100歐姆，屬于交流匹配電阻，一定要放在末端。

R2、R3為K級(jí)別的電阻，必須滿足R3/(R2+R3)=(VCC-1.3V)/VCC的比值就可以了，這兩個(gè)電阻是為輸入端提供直流電平，所以對(duì)PCB上的位置沒有特殊要求，只需要不引入長(zhǎng)線頭就可以了。

對(duì)于交流耦合來說，阻容器件的個(gè)數(shù)算是比較少的了；只對(duì)一個(gè)電阻的位置（R4）有要求，其他的沒有要求；功耗也比較小。這種電路還帶來另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是當(dāng)LVPECL輸出沒有交流信號(hào)的時(shí)候，那么輸入端卻可以依靠100歐姆的電阻，使得P/N維持一個(gè)電壓差，從而保證輸入端的穩(wěn)定。

3.2.3、四電阻匹配

3.2.4、五電阻匹配

此處有了100歐姆電阻，R2和R3只是提供直流偏置而已，阻值需要選大一些，從而保證R2||R3||(R4/2)基本上還是50歐姆。

3.3V情況下可以選擇R2=2.2K，R3=3.3K，參考電壓為大約為2V(Vcc-1.3V)。

兩個(gè)50?電阻中點(diǎn)接入一電容，是為了消除差分線上信號(hào)偏移而產(chǎn)生的共模噪聲（2個(gè)50?是差模阻抗匹配，VBB電容是共模濾波電容）。

以上是針對(duì)兩個(gè)同種類型邏輯電平之間的互連。

編輯：hfy