常用邏輯電平應(yīng)用

1、常用邏輯電平應(yīng)用 交流主題邏輯電平種類及特性 同類型電平互連 不同類型電平互連 邏輯電平種類1、低速 TTL、LVTTL CMOS、LVCMOS2、高速 LVDS LVPECL CML 低速邏輯電平特性 1、低速邏輯電平特性比較電平類型電平類型VCCVCCV VOHOHV VOLOLV VIHIHV VILILTTLTTL5V2.4V0.5V2.0V0.8VCMOSCMOS5V4.45V0.5V3.5V1.5VLVTTLLVTTL3.3V2.4V0.4V2.0V0.8VLVCMOSLVCMOS3.3V3.2V0.1V2.0V0.7V 低速邏輯電平特性2、匯總 1）CMOS的噪聲容限優(yōu)于TTL

2、2）CMOS與TTL不能直接互連 TTL不能直接驅(qū)動CMOS LVCMOS可以直接驅(qū)動LVTTL，反之驅(qū)動最好加上驅(qū)動器，否則電平比較臨界 3）不適用于高速應(yīng)用 信號擺幅大，信號沿變化時間長，不利于高速傳輸 單端信號傳輸，易受干擾，不利于遠(yuǎn)距離傳輸 高速邏輯電平特性比較 高速邏輯電平特性 邏輯邏輯電平電平輸出輸出擺幅擺幅輸輸入擺幅入擺幅最高速率最高速率 功耗功耗LVDSLVDS350mV100mV655Mbps小LVPECLLVPECL800mV310mV3.125Gbps高CML800mV 400mV10+Gbps中 LVDS介紹1、LVDS輸入輸出結(jié)構(gòu) 圖1 LVDS結(jié)構(gòu)負(fù)載功耗 1.2m

3、W LVDS介紹2、LVDS特性l電流驅(qū)動，恒流源3.5mAl發(fā)送端差分對輸出擺幅350mV（247mV-454mV）l輸出信號共模電平1.025V-1.375Vl接收端差分對輸入擺幅100mVl輸入信號電平范圍0-2.4Vl輸入直流偏置電平范圍0.227V-2.173V，不滿足此要求考慮用AC耦合l適用于長距傳輸，速率低于2Gbps 注：標(biāo)準(zhǔn)推薦最高傳輸速率為655Mbps，理論上，在一個無損耗的傳輸線上，最高傳輸速率可達(dá)1.923Gbps LVPECL介紹1、LVPECL輸入輸出結(jié)構(gòu) 圖2 LVPECL輸出結(jié)構(gòu) 圖3 LVPECL輸入結(jié)構(gòu) LVPECL介紹2、LVPECL特性l電流驅(qū)動，1

4、4mA電流源，輸入阻抗高，輸出阻抗低，驅(qū)動能力強(qiáng)l發(fā)送端差分對輸出最小800mVl接收端差分對輸入擺幅最小310mVl輸出信號共模電平VCC-1.3Vl適用于高速傳輸，由于匹配電路稍顯復(fù)雜，走線易造成分叉，所以不適用于極高速率l由于任何時刻內(nèi)部三極對管總有一個處于導(dǎo)通有電流狀態(tài)，因此功耗較大l電源紋波對信號影響較小，多用于高抖動性的時鐘應(yīng)用中 CML介紹1、CML輸入輸出結(jié)構(gòu) 圖4 CML輸入輸出結(jié)構(gòu) 圖5 CML輸出信號OUT+或OUT-電平 CML介紹2、CML特性l16mA電流源，輸入阻抗高，輸出阻抗低，驅(qū)動能力強(qiáng)l發(fā)送端差分對輸出最小800mVl接收端差分對輸入擺幅最小400mVl輸出

5、信號共模電平VCC-0.2Vl輸入輸出匹配集成于片內(nèi)，電路結(jié)構(gòu)簡單l支持速率高達(dá)10Gbps 高速邏輯電平比較 LVDS、LVPECL、CML特性比較l外部匹配方式復(fù)雜程度：LVPECLLVDSCMLl功耗比較：LVPECLCMLLVDSl工作速率比較：CMLLVPECLLVDS 說明：都是電流驅(qū)動，適用于高速應(yīng)用 LVDS的輸入擺幅遠(yuǎn)小于其他兩種電平，噪聲容限小，無法支持極高速應(yīng)用l均支持交流或直流耦合方式l標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，僅LVDS支持國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范TIA/EIA-644 同類型電平互連1、互連種類 1）LVDS與LVDS 2）LVPECL與LVPECL 3）CML與CML2、互連方式 1）直流耦

6、合 2）交流耦合 說明：直流耦合適用于共模噪聲下，板內(nèi)短距離互聯(lián) 交流耦合適用于共模噪聲大、遠(yuǎn)距離、跨單板、不同直流偏置電壓的電平互連 LVDS與LVDS1、直流耦合 直流耦合僅需100歐姆匹配電阻，在PCB上應(yīng)緊靠近接收端放置 圖6 LVDS直流耦合 LVDS與LVDS 圖7 LVDS交流耦合耦合2、交流耦合 交流耦合，直流通路隔斷，若接收器端未加內(nèi)部偏置，應(yīng)在片外增加直流偏置，范圍0.227V-2.173V,典型值取1.2V LVPECL與LVPECL1、直流耦合 R1 = 130 R2 =82 圖8 LVPECL直流耦合 LVPECL與LVPECL2、交流耦合 R1 = 142（140-

7、200） 圖9 LVPECL 交流耦合(a)(b)R2 = 82R3 = 130R2 = 2.7kR3 = 4.3k CML與CML1、直流、交流耦合 圖10 CML直流耦合圖11 CML交流耦合 不同類型電平互連1、互連種類 1）LVPECL到CML、CML到LVPECL 2）LVPECL與LVDS、LVDS到LVPECL 3）LVDS到CML、CML到LVDS2、互連方式 1）交流耦合 2）直流耦合 不同類型電平互連互連種類選擇 不同電平互連，由于參考點(diǎn)和共模偏置電壓的差異， 采用直流耦合方式互連，會增加電阻分壓匹配網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，實(shí)際操作時不利于PCB走線和阻抗匹配，無法隔離線路上的共模噪

8、聲，不適用于高速應(yīng)用，因此兩種電平互連基本采用交流耦合方式LVPECL與CML互連1、LVPECL到CMLLVPECL發(fā)送側(cè)擺幅800mV，CML接收側(cè)擺幅最低400mV，將LVPECL的輸出擺幅衰減1/3，得出下面的公式：R1/R1+R2+50=2/3，其中R1為直流偏置電阻，根據(jù)LVPECL特性取值150歐姆算出R2=25歐姆 圖12 交流耦合方式2、CML到LVPECL 為了防止LVPECL接收端擺幅太大，可以在差分對上串電阻衰減，需要權(quán)衡線路側(cè)阻抗匹配 圖13 交流耦合方式LVPECL與CML互連LVPECL與LVDS互連1、LVPECL到LVDS交流耦合，為了保證兩邊電平的直流偏置，相應(yīng)得增加了偏置電阻，兩種互連方式，電阻取值：（a）R1=150，R2=100（b）R1=150，R2=5K 圖14 交流耦合方式(a)(b)2、LVDS到LVPECL保證LVPECL側(cè)直流偏置VCC-1.3V以及50歐姆阻抗，相應(yīng)得增加了偏置電阻，電阻取值： R1=82，R2=130圖15 交流耦合方式LVPEC