CML電平學(xué)習(xí)筆記

1.基本原理

CML電路如圖1 所示，輸入部分為一射隨器，假設(shè)T3管為N端，T4管為P端，當(dāng)P大于N時即輸入為高電平，反之為低電平。由于輸入部分為射隨器，輸出端接收到高低電平的相位與輸入端一致，當(dāng)接收為高電平時，T5導(dǎo)通，其射極電位被鉗位，導(dǎo)致T6截止，16mA電流均從T5流過，此時輸出為低電平。輸入為低時情況類似。可見，CML輸入輸出存在倒相的關(guān)系。

圖1

2.為什么CML電路差分輸出需要一個16mA的電流源？

差分放大電路使用一個電流源進(jìn)行偏置，可以提高其共模抑制比，并且提供一個穩(wěn)定的靜態(tài)工作點（差分放大電路的具體分析另起一文）。電流源的大小影響的是輸出電平的擺幅，而擺幅會影響傳輸?shù)乃俾?、距離以及電路的功耗，16mA應(yīng)為綜合考慮以上因素得到的一個標(biāo)準(zhǔn)（具體未考證）。

3. 相關(guān)計算

一般資料中對CML電平輸入輸出相關(guān)參數(shù)的描述如下：假定CML 輸出負(fù)載為一50Ω上拉電阻，直流耦合時，單端CML 輸出信號的擺幅為Vcc ~ Vcc-0.4V。在這種情況下，差分輸出信號擺幅為800mV，共模電壓為Vcc-0.2V。若CML輸出采用交流耦合至50Ω負(fù)載，CML 輸出共模電壓變?yōu)閂cc-0.4V，單端CML 輸出信號的擺幅為Vcc-0.2~Vcc-0.6V，差分信號擺幅仍為800mV。那么，以上數(shù)據(jù)是怎么來的呢？

直流耦合：

直流耦合時，差分對的電流回路如圖2所示。輸出差分對的直流、交流回路是一致的。首先對其進(jìn)行靜態(tài)分析，由于T1、T2參數(shù)對稱，故16mA電流平均流過T1、T2，每個管流過8mA的電流，分到R1~R4四個電阻上，每個電阻流過的電流為4mA，所以直流耦合時的共模電壓為：

當(dāng)有差模電壓輸入時，T1、T2只會導(dǎo)通一個（以T1導(dǎo)通為例），16mA電流由R1、R3一起提供，每個電阻提供8mA電流，因此單端擺幅為：

圖2

由共模電壓定義：

設(shè)單端輸出電壓高電平為x，低電平為x-0.4，差分輸出時一端為高另一端為低，則有：

解得，x為VCC，單端電壓變化范圍為VCC~VCC-0.4。

那么，為什么差分?jǐn)[幅為800mV呢？

當(dāng)T1導(dǎo)通、T2截止時，VOUT-為VCC，VOUT+為VCC-0.4V，兩者壓差為400mv；當(dāng)T2導(dǎo)通、T1截止時，VOUT+為VCC，VOUT-為VCC-0.4V，兩者壓差也為400mv，似乎差分?jǐn)[幅也應(yīng)該為400mv，實則不然。分析如下：

當(dāng)T1導(dǎo)通、T2截止時，VOUT-為VCC，VOUT+為VCC-0.4V，此時為輸出差分電壓的低電平，其值為：

當(dāng)T2導(dǎo)通、T1截止時，VOUT+為VCC，VOUT-為VCC-0.4V，此時為輸出差分電壓的高電平，其值為：

故差分?jǐn)[幅為：

交流耦合：

交流耦合時，T1、T2的電流回路如圖3所示。首先進(jìn)行靜態(tài)分析，由于電容的隔直作用，R3、R4不能向T1、T2提供直流分量，所以16mA電流由R1、R2提供，流過每個電阻的電流為8mA，可得共模電壓為：

圖3

當(dāng)有差模電壓輸入時，T1、T2只會導(dǎo)通一個（以T1導(dǎo)通為例），由于電容通交流，16mA電流由R1、R3一起提供，每個電阻提供8mA電流，因此單端擺幅為：

單端電壓的輸出范圍為VCC-0.2~VCC-0.6V，差分?jǐn)[幅為800mV交流耦合時(以T1導(dǎo)通為例)，16mA電流均流過T1一個管，但是輸出電壓最大為VCC-0.2，表示即使在T2截止，R2上也有電流流過，且流向只能時通過電容、R4、形成回路，這個電流應(yīng)為應(yīng)為電容放電過程產(chǎn)生的電流。

根據(jù)CML的電路分析，其輸入輸出電平為固定的，因此電平門限無需討論。