LVDS,CML,LVPECL,VML之间接口电平转换(来自TI文档)

在平时的工作中,经常会接触到各种差分电平的转换,网上也有很多这样的资料,但发现有些混乱,所以找了TI的这份文档进行翻译,一是系统的归类一下,二是自己也能通过这个来加深理解和学习。这个文档对于各个电平的结构讲解的一般,很多是根据TI的器件来说的。但是其后半部分连接方式的讲解是非常有价值的,通过这部分可以从原理上了解匹配和偏置电路的搭建,强烈建议大家一读。

1概要

      随着通讯速度的提升,出现了很多差分传输接口,以提升性能,降低电源功耗和成本。早期的技术,诸如emitter-coupled logic(ECL),使用不变的负电源供电,在当时用以提升噪声抑制。随着正电压供电技术发展,诸如TTL和CMOS技术,原先的技术优点开始消失,因为他们需要一些-5.2V或-4.5V的电平。 
      在这种背景下,ECL转变为positive/pseduo emitter-coupled logic (PECL),简化了板级布线,摒弃了负电平供电。PECL要求提供800mV的电压摆幅,并且使用5V对地的电压。LVPECL类似于PECL也就是3.3V供电,其在电源功耗上有着优点。 
      当越来越多的设计采用以CMOS为基础的技术,新的高速驱动电路开始不断涌现,诸如current mode logic(CML),votage mode logic(VML),low-voltage differential signaling(LVDS)。这些不同的接口要求不同的电压摆幅,在一个系统中他们之间的连接也需要不同的电路。 
本应用手册主要内容为:TI的不同的SERDES器件,输入输出结构,多种高速驱动器,以及偏置和终端电路。 
      在不同的接口之间,往往采用交流耦合的方式(ac-coupling),从而可以独立的对驱动器和接收器进行处理。 
1. 不同接口之间的转换 
2. 不同信号电平的转换 
3. 不同地之间的转换

2各信号电平

第一步首先是理解各个接口点逻辑电平,主要讨论LVPECL,CML,VML,以及LVDS。 
表一为这些接口的输出电平。 

项目 LVPECL CML VML LVDS
VOH 2.4V 1.9V 1.65V 1.4V
VOL 1.6V 1.1V 0.85V 1V
输出电压(单端) 800mV 800mV
于传统石英、SAW和泛音谐振技术的传统差分振荡器在稳定度和可靠度上先天不足,SiT9121系列差分振荡器采用SiTime模拟CMOS和全硅MEMS技术研发,是唯一完美结合了超高性能和可编程功能的产品,其频率稳定度达10PPM、相位抖动低于0.6ps(femtosecond),市面上目前仅SiTime实现了这两项的完美结合。 SiT9121支持1-220Mhz之间任意频率,可精确到小数点后六位,确保发挥系统的最高性能。SiT9121同时输出支持 LVDS/LVPECL,经过50000G抗冲击及70G抗振测试,MTBF(平均无故障时间)达10亿小时。SiT9121和SiT9122系 列差分振荡器定位于高性能电信、存储和网络应用,如核心和边缘路由器,SATA、SAS、光纤通道主机总线适配器,云存储、服务器、无线基站和10G 以太网**机等。此外,每款产品都支持业界标准管脚配置,不需修改设计 或布板方式即可替换现有石英差分振荡器。 SiT9121差分振荡器具备下述功能及优点: . 仅500飞秒RMS相位抖动(12kHZ至20MHz),满足SONET等应用的苛刻要求 . 总频率稳定度达±10、±25及±50PPM,系统正时余量(timing margin)更佳 . 频率范围极广:SiT9121频率范围1至220MHz,SiT9122频率范围220至650MHz . 可编程频率精度达小数点后六位,确保发挥系统最高性能 . LVPECLLVDS信号电平可调 . 通过50000G抗冲击及70G抗振测试,MTBF(平均无故障时间)达10亿小时,高稳定度应用首选 . 工作电压2.5V、3.3V均可 . 支持工业(-40至+85°C)及长时间商业(-20至+70°C)工作温度范围 . 业界标准针脚规格3.2×2.5mm,5.0×3.2mm,7.0×5.0mm封装 . 样品24小时内发货,生产前置时间仅2至4周 . FPGA产品首选高性能差分时钟振荡器 . 兼容工业标准封装: 3.2×2.5, 5.0×3.2 and 7.0×5.0 mmxmm . 超强抗震动、抗冲击能力,优异的温漂性能 . 如需220MHz以上频点的高性能差分晶振,推荐选择SiT9122系列
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