常用逻辑电平应用

1、常用逻辑电平应用 交流主题主题逻辑电平种类及特性 同类型电平互连 不同类型电平互连 逻辑电平种类1、低速 TTL、LVTTL CMOS、LVCMOS2、高速 LVDS LVPECL CML 低速逻辑电平特性 1、低速逻辑电平特性比较电平类型电平类型VCCVCCV VOHOHV VOLOLV VIHIHV VILILTTLTTL5V2.4V0.5V2.0V0.8VCMOSCMOS5V4.45V0.5V3.5V1.5VLVTTLLVTTL3.3V2.4V0.4V2.0V0.8VLVCMOSLVCMOS3.3V3.2V0.1V2.0V0.7V 低速逻辑电平特性2、汇总 1）CMOS的噪声容限优于TT

2、L 2）CMOS与TTL不能直接互连 TTL不能直接驱动CMOS LVCMOS可以直接驱动LVTTL，反之驱动最好加上驱动器，否则电平比较临界 3）不适用于高速应用 信号摆幅大，信号沿变化时间长，不利于高速传输 单端信号传输，易受干扰，不利于远距离传输 高速逻辑电平特性比较 高速逻辑电平特性 逻辑逻辑电平电平输出输出摆幅摆幅输输入摆幅入摆幅最高速率最高速率 功耗功耗LVDSLVDS350mV100mV655Mbps小LVPECLLVPECL800mV310mV3.125Gbps高CML800mV 400mV10+Gbps中 LVDS介绍1、LVDS输入输出结构 图1 LVDS结构负载功耗 1.

3、2mW LVDS介绍2、LVDS特性l电流驱动，恒流源3.5mAl发送端差分对输出摆幅350mV（247mV-454mV）l输出信号共模电平1.025V-1.375Vl接收端差分对输入摆幅100mVl输入信号电平范围0-2.4Vl输入直流偏置电平范围0.227V-2.173V，不满足此要求考虑用AC耦合l适用于长距传输，速率低于2Gbps 注：标准推荐最高传输速率为655Mbps，理论上，在一个无损耗的传输线上，最高传输速率可达1.923Gbps LVPECL介绍1、LVPECL输入输出结构 图2 LVPECL输出结构 图3 LVPECL输入结构 LVPECL介绍2、LVPECL特性l电流驱动

4、，14mA电流源，输入阻抗高，输出阻抗低，驱动能力强l发送端差分对输出最小800mVl接收端差分对输入摆幅最小310mVl输出信号共模电平VCC-1.3Vl适用于高速传输，由于匹配电路稍显复杂，走线易造成分叉，所以不适用于极高速率l由于任何时刻内部三极对管总有一个处于导通有电流状态，因此功耗较大l电源纹波对信号影响较小，多用于高抖动性的时钟应用中 CML介绍1、CML输入输出结构 图4 CML输入输出结构 图5 CML输出信号OUT+或OUT-电平 CML介绍2、CML特性l16mA电流源，输入阻抗高，输出阻抗低，驱动能力强l发送端差分对输出最小800mVl接收端差分对输入摆幅最小400mVl

5、输出信号共模电平VCC-0.2Vl输入输出匹配集成于片内，电路结构简单l支持速率高达10Gbps 高速逻辑电平比较 LVDS、LVPECL、CML特性比较l外部匹配方式复杂程度：LVPECLLVDSCMLl功耗比较：LVPECLCMLLVDSl工作速率比较：CMLLVPECLLVDS 说明：都是电流驱动，适用于高速应用 LVDS的输入摆幅远小于其他两种电平，噪声容限小，无法支持极高速应用l均支持交流或直流耦合方式l标准规范，仅LVDS支持国际标准规范TIA/EIA-644 同类型电平互连1、互连种类 1）LVDS与LVDS 2）LVPECL与LVPECL 3）CML与CML2、互连方式 1）直

6、流耦合 2）交流耦合 说明：直流耦合适用于共模噪声下，板内短距离互联 交流耦合适用于共模噪声大、远距离、跨单板、不同直流偏置电压的电平互连 LVDS与LVDS1、直流耦合 直流耦合仅需100欧姆匹配电阻，在PCB上应紧靠近接收端放置 图6 LVDS直流耦合 LVDS与LVDS 图7 LVDS交流耦合耦合2、交流耦合 交流耦合，直流通路隔断，若接收器端未加内部偏置，应在片外增加直流偏置，范围0.227V-2.173V,典型值取1.2V LVPECL与LVPECL1、直流耦合 R1 = 130 R2 =82 图8 LVPECL直流耦合 LVPECL与LVPECL2、交流耦合 R1 = 142（14

7、0-200） 图9 LVPECL 交流耦合(a)(b)R2 = 82R3 = 130R2 = 2.7kR3 = 4.3k CML与CML1、直流、交流耦合 图10 CML直流耦合图11 CML交流耦合 不同类型电平互连1、互连种类 1）LVPECL到CML、CML到LVPECL 2）LVPECL与LVDS、LVDS到LVPECL 3）LVDS到CML、CML到LVDS2、互连方式 1）交流耦合 2）直流耦合 不同类型电平互连互连种类选择 不同电平互连，由于参考点和共模偏置电压的差异， 采用直流耦合方式互连，会增加电阻分压匹配网络的复杂性，实际操作时不利于PCB走线和阻抗匹配，无法隔离线路上的共

8、模噪声，不适用于高速应用，因此两种电平互连基本采用交流耦合方式LVPECL与CML互连1、LVPECL到CMLLVPECL发送侧摆幅800mV，CML接收侧摆幅最低400mV，将LVPECL的输出摆幅衰减1/3，得出下面的公式：R1/R1+R2+50=2/3，其中R1为直流偏置电阻，根据LVPECL特性取值150欧姆算出R2=25欧姆 图12 交流耦合方式2、CML到LVPECL 为了防止LVPECL接收端摆幅太大，可以在差分对上串电阻衰减，需要权衡线路侧阻抗匹配 图13 交流耦合方式LVPECL与CML互连LVPECL与LVDS互连1、LVPECL到LVDS交流耦合，为了保证两边电平的直流偏置，相应得增加了偏置电阻，两种互连方式，电阻取值：（a）R1=150，R2=100（b）R1=150，R2=5K 图14 交流耦合方式(a)(b)2、LVDS到LVPECL保证LVPECL侧直流偏置VCC-1.3V以及50欧姆阻抗，相应得增加了偏置电阻，电阻取值： R1=82，R2=130图15 交流耦合方式LVPEC