LVPECL终端的设计考虑因素

1、lvpecl终端的设计考虑因素 lvpecl（低压正射极耦合规律）是一种输入输出(i/o)技术，从工艺无法集成高性能 p 型设备与高性能 n 型设备起就已浮现。因此，在随后的 hcsl 和 lvds 等高速接口中，需要外部无源器件来完成由 p 型设备完成的任务。对 lvpecl 而言，很少有人讨论过完成输出级设计所需要的放射极控制与传输线终端之间的关系。剖析 lvpecl 闸道的基本原理和分析任何特定 lvpecl 驱动器的典型终端，有助于工程师量身定制稳健和高能效的 lvpecl 终端。lvpecl 驱动器1 所示，简化的 lvpecl 闸道通常用开放的放射极驱动器来实现。没有 q 和 nq

2、 晶体管的接地通路，这两者随后被关闭。因此，输出级必需由用户通过外部元件来完成。图1 开放式放射极lvpecl驱动器等效。标准终端图 2 显示标准的直流耦合 lvpecl 终端。驱动器输出电流由外部 zo 器和 vtt 终端设定。因为 vtt 终端电压是由相对 vcco 的 -2v 调整器产生的，输出驱动器电流不受 vcco 变量的影响。主要缺点是需要调整器，尽管它的确可以将驱动器的放射极电流保持在第一阶，不受 vcco 变幻的影响。图2 标准的lvpecl终端。thvenin 等效终端图3所示用于提供 3.3v 和 2.5v 电流的备选 thvenin 等效终端，用两个电阻串产生 vtt 电

3、压，因而可以不再用法调整器，但也有缺点。1)图3 中的 r1 和 r2 偏压电阻串需要大量功率损耗才干产生 thvenin 电压。功率损耗取决于特定驱动器的高输出电压 (voh) 和低输出电压 (vol)；参见以下“案例讨论”章节。2)vcco 变幻率通过偏压分压器前馈至 thvenin 等效 vtt 电压；39% 表示 vcco =3.3v，20% 表示 vcco =2.5v。因此，vtt 电压只限在标称 vcco 下才是正确的，放射极电流的控制不如标准 vtt=vcc-2.0v 终端有效。图3 3.3v 和 2.5v thvenin 等效lvpecl终端。t 终端图 4 所示 t 型电阻器

4、网络可以解决 thvenin 终端的许多不足。穿越 rtt 的共模电压被称为 vtt，相当于 vtt = vcco-2.0v。要记住，详细的 vtt 电压不属于设计标准；lvpecl 接收极从不检测 vtt，但会检测放射极电压。vtt 只对标准终端具有重要意义，缘由是 vtt 向终端前馈 vcco 以控制放射极电流。相反，t 终端通过负反馈对放射极电流施加控制。图 4 lvpecl t 终端网络中的 vtt 电压间接取决于特定 lvpecl 驱动器的 voh 和 vol 电平，以及设计师为规律 0 驱动器输出挑选的最小放射极电流。图4 lvpecl t 终端网络1) t 终端由驱动器电源挺直供

5、电，因此消退了thvenin偏压串的功能损耗。2) 通过共模阻抗向 t 网络 vtt 电压回馈的 vcco 变幻率大于通过 thvenin 网络回馈的变幻率，因而可以更好地控制放射极电流。细节请参见以下“放射极电流控制”章节。3) 可以调整共模阻抗，并因此调整负反馈，以针对因为 vcco、温度和设备处理等方面的变幻而造成的 voh 和 vol 方面的变幻稳定驱动器电流。pi 终端可以利用闻名的电阻网络星形三角关系，从 t 终端产生等效的 pi 终端。下图 5 显示按 t 网络换算的 pi 网络的元素值。图5 pi 终端网络很少用法的 pi 终端具有超越 t 终端的布局优势；它可以平安布置在顶层

6、之上。t 的共模阻抗必需经由除顶层之外的其它层。放射极电流控制t 终端提供比 thvenin 终端更好的放射极电流控制。thvenin 终端通过向终端产生的 vtt 电压前馈 vcco 变幻率来稳定电流。相反，t 终端通过检测穿更加射极电阻器的放射极电流用法负反馈，只能用作单一的放射极尾随器。可按下图 6所示为每个终端构建每一个 vcco 变幻的，来解释这种性能方面的变幻。对于每一个终端，电路从 vcco 开头，穿过相应输出晶体管的基极-放射极结 rg，然后穿过终端，rg 在此被转入放射极电流通路。为容易起见，基极扩展电阻已被并入增益设置电阻 rg。因为有两个偏压串，thvenin icco

7、为总电流的一半。图6 thvenin 和 t 终端放射极电流控制电路可从图 8 立刻写下每个电路的传递函数。在每个传递函数中，re 术语均已被弃用；与 rg 和 zo 相比，它相对较小。此外，re 规模小意味着 t 终端的规律 1 晶体管和规律 0 晶体管的等效半电路是相同的。因为 rg 和 的值取决于特定 lvpecl 驱动器的内部设计和处理，以下列“案例讨论”章节为预期，当 vcco = 3.3v 和 rtt=77 ohms 时，这两个传递函数是相对下图 8 中的 rg/(+1) 而设计的。图7 放射极电流中适应 vcco 变幻的 thvenin 和 t 终端变幻比喻说，假如 rg/(+1

8、) = 0，则 值很大，而 rg 值小（图 1 中的 ibias 高）。在这种限定条件下，传递函数只取决于外部电阻器。更实际一点，假如 ibias = 0.5ma，rg= 1.6 kohms，=100，则 rg/(+1) 16。案例讨论在 5% vcco 的条件下，针对每一个终端比较了业界现有的具有不同 voh 和 vol 值的两种不同的 lvpecl 驱动器。t 终端将针对每一种设备经过优化，设计为当 vcco 为 -5% 时，规律 0 放射极电流起码达到 2ma，以实现切换速度与功率之间的最佳平衡。对于每一个案例，表格的值用 kvl 和 kcl 举行计算。为举行全面核算，计算出每个案例中驱

9、动器和终端的功率。如下图表 1 所示，因为可以自由挑选 t 终端的 rtt，因而具有降低总驱动器电流的设计灵便性，同时还能保证最低的规律 0 放射极电流。thvenin 终端的固定电阻值则不然。请注重固定器件 thvenin 终端的 vcco 和设备上的规律 0 放射极电流大波动。假如还考虑到设备处理和温度所带来的变幻，两种终端之间的差异将变得越发巨大。全部电流和电压均用 3.3v 电源数据表中的典型 voh 和 vol 值举行计算。因为该数据表无其他解释，voh 和 vol 随 vcco 的变幻假定为 1:1。因此，这些案例等同于设置 rg/(+1) =0。电流以 ma 单位，功率以 mw 单位。表 1 thvenin 和 t 终端两种不同驱动器之比较结论在技术效力远不如今的时代，lvpecl