LVDS与PECLLVPECLCMLRS422及单端器件之间的接口设计.docx
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LVDS与PECLLVPECLCMLRS422及单端器件之间的接口设计
LVDS与PECL、LVPECL、CML、RS-422及单端器件之间
的接口设计
图1:
PECL/LVPECL至ULVDS的接口电路。
图一
低电压差分信号(LVDS)在对信号完整性、低抖动及共模特性要求较高的系统中得到了广泛的应用。
本文针对LVDS与其他几种接口标准之间的连接,对几种典型的LVDS接口电路进行了讨论。
如今对高速数据传输的需求正推动着接口技术向高速、串行、差分、低功耗以及点对点接口的方向发展,而低电压差分信号(LVDS)具备所有这些特性。
Pericom半导体公司可提供多种LVDS驱动器、接收器以及时钟分配缓冲器芯片。
本文将讨论LVDS与正射极耦合逻辑(PECL)、低电压正射极耦合逻辑(LVPECL)>电路模式逻辑(CML)、RS-422以及单端器件之间采用电阻网络的接口电路设计。
图2:
调整电路,R1=(VR1+R1a),R2=(VR2+R2a),R3=(VR3+R3a)。
因为各厂商所提供的驱动器与接收器的结构不一样,所以本文提供的电路仅供设计时参考。
设计者需要对电路进行验证,并调节电路中的电阻和电容值以获得最佳性能。
电阻分压器的计算
表1列出了本文所采用的不同接口标准的工作电压。
为使PECL和LVPECL接
口标准能与Pericom公司的LVDS器件进行连接,采用电阻分压器在不同电压之间切换。
图3:
PECL至ULVDS的接口电路
图三
图1所示的接口电路采用由电阻R1、R2和R3组成的电阻分压器。
R1、R2与
R3的电阻值计算如下:
R1||(R2+R3)=Z[(R2+R3)/(R1+R2+R3)]=Va/Vcc
R3/(R1+R2+R3)=Vb/Vcc
其中:
Va为SEPC或LVPECL的偏置电压Vos,分别为3.6V和2.0V;
Vb为LVDS的偏置电压Vos,等于1.2V;
图4:
LVDS至UPECL的接口电路
图四
Z为线路阻抗,等于50Q。
Vb上的增益G为:
G=R3/(R2+R3)
Vb上的摆幅为:
Vbs=VasXG
其中:
图5:
LVPECL至ULVDS的接口电路
%33V
图五
Vas为Va上的摆幅;Vbs为Vb上的摆幅。
由于在计算中没有考虑驱动器的输出阻抗,所以在实际应用设计中,R1、R2及
R3的电阻值与上述计算的结果不一样。
另外,不同厂家的驱动器的输出结构和阻抗不一样,因此R1、R2及R3的电阻值也是不同的。
可以通过三种方法算出电阻值。
1.经验法
图6:
LVDS至ULVPECL的接口电路
利用表2列出的电阻参考值,并根据后面介绍的方法2及方法3来调节这些值。
接口设计者应通过测量Va和Vb上的偏置电压Vos以及摆幅Vpp来验证实际应用设计电路。
2.仿真工具法
从厂家获得驱动器的IBIS模型,并针对R1、R2及R3的电阻值对接口电路进行仿真。
如果IBIS模型和仿真工具都很精确,则电路仿真将提供准确的R1、R2及R3的电阻值,然后通过测量实际电路来验证仿真得到的电阻值。
3.实际调节法
图7:
采用二极管的LVDS到LVPECL的接口电路
图七
采用图2所示的电路调节R1、R2及R3的电阻值。
电阻R1a、R2a及R3a用来限制调节范围,以避免出现过载电流。
当调节电路并用示波器监视Va与Vb上的信号时,调节VR1、VR2与VR3:
a.对于Pericom公司的LVDS接收器,Vb上的Vos(在摆幅范围中间的平均电压)应介于0.8V-1.6V之间。
有关Va上的Vos,请查阅驱动器参数。
b.对于Pericom公司的接收器,Vb上的摆动范围应介于350mV—550mV之间有关Va上的摆幅,请参见驱动器规范,Va上的摆幅可能低于驱动器规范以便满足Vb上的摆幅要求。
图8:
CML至ULVDS的接口电路
c.电路调节完以后,再测量VR1与R1a,得到R1的电阻值;测量VR2与R2a,得到R2的电阻值;测量VR3与R3a,得到R3的电阻值。
d.用较低频率的信号对电路进行调节会更加简单,频率最好介于100kHz-
10MHz之间,但请确认电路是否在正常频率下工作,如果需要的话可再次调节
图9:
LVDS到CML的接口电路
图九
接口电路的限制由于接口电路增加了额外电容与电阻网络,因此接口电路的最高工作频率将低于器件手册上提供的最高频率。
驱动器与接收器之间的走线长度也有限制,走线长度取决于频率,当频率为66MHz时,估计最大走线长度为14英寸,频率为
320MHz时则为2英寸。
走线长度是一个实际问题且取决于实际设计。
为减少寄生电容、电感及信号反射以获得更高性能,接口电路中器件之间的走线应尽量短,越短越好。
接口电路使用的电容、电阻以及二极管必须为短引脚的高速器件,而且最好采用芯片型封装。
图10:
RS-422到LVDS的接口电路。
图十
参考接口电路
图3至图12给出了LVDS与PECL、LVPECL、CML、RS-422及单端器件之间的接口电路,它们的调节方法以及电路限制如前所述。
1.LVDS至PECL
图11:
单端信号到LVDS的接口电路
在图4所示的LVDS到PECL的接口电路里,PECL接收器没有内部上拉电阻。
该电路中的电阻值仅适用于Pericom公司的LVDS驱动器。
由于采用交流耦合,这个接口只能通过交流信号,因此从驱动器传输到接收器的信号必须适合交流耦合。
当电容C1与C2为O.luf时,任何信号状态转换(由高至低或由低至高)之间的最大时间间隔为500ns。
2.LVDS至ULVPECL
图12:
5V单端信号到LVDS的接口电路
图十二
在图6所示的LVDS到LVPECL的接口电路里,电阻值也仅适用于Pericom公司的LVDS驱动器,这里的LVPECL接收器没有内部上拉电阻。
图7中,二极管D1、D2、D3和D4在Va与Vb之间产生0.7V的电压差,且其摆幅衰减低于图6电路中的摆幅衰减。
这个电路应采用正向压降为0.7V的高
速二极管,芯片型二极管最好。
电路中的电阻值适用于Pericom公司的LVDS
驱动器,LVPECL接收器没有上拉电阻。
3.CML至ULVDS
表1:
LVDS、PECL、LVPECL、CML和RS-422接口的电压规范。
ainetei«
VOH
VOL
5OSofhrc)
LVDS
33V
14V
1.0V
350mVto400mVj
1-2V
PECL
5.0V
4.0V
SOOmVtolOOiknV
36V
LVPECL
3.3V
2.5V
1.5V
S00m\FtolOOOrnV
2.0V
CML
SV
5V
4O0in\*
<8V
RS-422
SV
3.4V
0.2\P
31V
18V
图8接口电路采用交流耦合,只能通过交流信号,因此从驱动器传输到接收器的信号必须适合交流耦合。
当电容C1与C2为0.1uf时,任何信号状态转换(由高至低或由低至高)之间的最大时间间隔为500ns。
图9电路中的电阻值适用于Pericom公司的LVDS驱动器,CML接收器带有50Q的内部上拉电阻。
由于采用交流耦合,故它仅能通过交流信号,因此从驱动器传输至接收器的信号必须适合交流耦合。
当电容C1与C2值为0.1uf时,任何信号状态转换(由高至低或由低至高)之间的最大时间间隔为500ns。
4.单端信号到LVDS
当单端CMOS驱动器与Pericom公司的LVDS接收器连接时,可采用图11中的电路以及表3中的参数,同时使由R_out和R_termination构成的输出阻抗与50Q的走线阻抗相匹配,即:
表2:
R1、R2和R3的参考值。
R1(ohm)
Et2(ohm)
R3(ohin)
LVPECL
Vcc=33V
150
40
49
Vc€=5V
84
1仍
35
表二
Rout+Rtermination=Z=50Q
例如,如果驱动器的输出阻抗为20Q,则应该采用30Q的R_termination,于是有:
20Q+30Q=50Q
在图12中,根据Vb上的信号质量,R_termination的阻值介于0—22Q之间。
如果Vb上有过冲和下冲,则增加R_termination的阻值;如果Vb上的信号边沿有衰减,则减小R_termination的阻值。
表3:
适合Pericom公司接收器的R1、R2和Va值
Diivci
Xccis:
3JV
Driver
K:
25V
DriverVccis:
MV
Driver
V«E:
L5V
DriverVc<
165V
125V
09V
0/75V
07SV
R1(ohm)
1000
1460
2100
2000
2000
R2(olnn)
1000
900
790
SO
5GQ
表三
本文小结
本文提供了几个典型的参考电路,可以很方便地将不同接口标准与Pericom公
司的LVDS器件进行连接。
由于各厂商提供的驱动器不同,所以本文提供的所有电路需要由设计者在实际应用前进行验证。
Pericom公司提供多种LVDS驱动器、接收器及差分时钟分配器件,并将对采用Pericom产品的接口设计提供支
持。
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- LVDS PECLLVPECLCMLRS422 器件 之间 接口 设计