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LVDS、LVPECL与CML电平互连设计指南:耦合方式与电平匹配实践详解

发表时间:2025-10-13 10:34



在高速数字电路设计中,LVDS(低压差分信号)、LVPECL(低压正射极耦合逻辑)和CML(电流模式逻辑)是三种常见的接口标准。当需要在不同标准的芯片间实现信号互连时,正确的电平匹配和耦合方式至关重要。
本文档将详细探讨这三种标准之间(LVPECL到CML、CML到LVPECL、CML与LVDS)的互连方案,包括交流耦合与直流耦合的具体实现方法。在下面的讨论中,假设采用+3.3V PECL。


1. LVPECL 到 CML 的连接
LVPECL 与 CML 之间的耦合方式可以是交流方式,也可以是直流方式。
1.1   交流耦合
 LVPECL 驱动器到 CML 接收器的一种连接方式就是交流耦合方式,如图 1 所示。在 LVPECL 的两个输出端各加一个到地的直流偏置电阻,电阻值选取范围为 142Ω 至 200Ω。如果 LVPECL 的差分输出信号摆幅大于 CML 的接收范围,可以在信号通道上串一个 25Ω 的电阻,以提供 0.67 倍的电压衰减。










图 1. LVPECL 与 CML 之间的交流耦合


1.2直流耦合
在 LVPECL 到 CML 的直流耦合连接方式中需要一个电平转换网络,以满足 LVPECL 输出与CML 输入的共模电压要求。该电平转换网络引入的损耗必须要小,CML 接收器输入端的信号摆幅大于接收器的灵敏度要求。另外还要求自LVPECL 输出端看到的总阻抗近似为 50Ω。下例说明了 LVPECL 输出驱动 MAX3875 CML 输入的情况,电平转换网络如图 2 所示。











2. LVPECL 与 CML 之间的电阻网络
(MAX3875)


必须满足以下条件:



(1)戴维宁开路等效电压



戴维宁等效电阻




[假设 VA = VPECL-CM = (VCC-1.3V)]




注:假定 LVPECL 的最小差分输出摆幅为1200mV,而 MAX3875 的输入灵敏度为 50mV, 这样电阻网络的增益必须大于 50mV/1200mV = 0.042
 
4求解上面的方程组,我们得到 R1 = 182Ω,R2 = 82.5Ω,R3 = 294Ω (标准 1%阻值),VA = 1.35V, VB = 3.11V ,增益 = 0.147 ZIN = 49。把
LVPECL 输出与 MAX3875 输入通过该网络连接,实测得:VA = 2.0V,VB = 3.13V。
LVPECL MAX3875 的直流耦合结构如图 3 示。对于其它的 CML 输入,最小共模输入电压和最小输入信号摆幅可能不同,读者可根据上面的考虑计算所需的电阻值。














3. LVPECL 与 CML 之间的直流耦合

(MAX3875)


2.   CML 到 LVPECL 的连接
CML 与 LVPECL 的连接需采用交流耦合(参见图4)。

























4. CML 与 LVPECL 之间的交流耦合



3.    CML 和 LVDS 间互连
CML 与 LVDS 之间采用交流耦合方式连接(图5)。注意,CML 输出信号摆幅应该在 LVDS 输入能够处理的范围以内。
如果 LVDS 驱动器需要驱动一个 CML 接收器, 可以采用图 6 所示的交流耦合方式。











图 5. CML 与 LVDS 之间的交流耦合








图 6. LVDS 与 CML 之间的交流耦合





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