常用逻辑电平应用

常用逻辑电平应用
交流主题
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、LVCMOS
2、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 TTL CMOS LVTTL LVCMOS VCC 5V 5V 3.3V 3.3V VOH ≥2.4V ≥4.45V ≥2.4V ≥3.2V VOL ≤0.5V ≤0.5V ≤0.4V ≤0.1V VIH ≥2.0V ≥3.5V ≥2.0V ≥2.0V VIL ≤0.8V ≤1.5V ≤0.8V ≤0.7V
高速逻辑电平比较
LVDS、LVPECL、CML特性比较


外部匹配方式复杂程度：LVPECL＞LVDS＞CML
功耗比较：LVPECL＞CML＞LVDS 工作速率比较：CML＞LVPECL＞LVDS
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
发送端差分对输出最小800mV 接收端差分对输入摆幅最小310mV
输出信号共模电平VCC-1.3V
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 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


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
高速逻辑电平特性
高速逻辑电平特性比较
逻辑电平 输出摆幅 输入摆幅 最高速率
功耗
LVDS
350mV
100mV
655Mbps
小
LVPECL
800mV
310mV
3.125Gbps
高
CML
800mV
400mV
10+Gbps
中
LVDS介绍
1、LVDS输入输出结构
负载功耗 1.2mW
图1 LVDS结构
LVDS介绍
低速逻辑电平特性
2、汇总
1）CMOS的噪声容限优于TTL
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
LVDS与LVDS
1、直流耦合
图6 LVDS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
LVDS与LVDS
2、交流耦合
图7 LVDS交流耦合耦合
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LVPECL
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LVDS
2、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CML
图12 交流耦合方式
LVPECL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
LVPECL与LVDS互连
2、LVDS到LVPECL
LVPECL与CML互连
2、CML到LVPECL
图13 交流耦合方式
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
LVPECL与LVDS互连
1、LVPECL到LVDS
(a) 图14 交流耦合方式
(b)
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=150Ω，R2=100Ω （b）R1=150Ω，R2=5KΩ
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


16mA电流源，输入阻抗高，输出阻抗低，驱动能力强
发送端差分对输出最小800mV 接收端差分对输入摆幅最小400mV
输出信号共模电平VCC-0.2V
输入输出匹配集成于片内，电路结构简单 支持速率高达10Gbps
1、直流耦合
图8 LVPECL直流耦合
R1 = 130Ω R2 =82Ω
LVPECL与LVPECL
2、交流耦合
(a)
图9 LVPECL 交流耦合
(b)
R1 = 142Ω（140Ω-200Ω）
R2 = 82Ω R3 = 130Ω
R2 = 2.7kΩ R3 = 4.3kΩ
CML与CML
1、直流、交流耦合

均支持交流或直流耦合方式 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CML
2、互连方式
1）直流耦合
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
2、LVDS特性

电流驱动，恒流源3.5mA
发送端差分对输出摆幅±350mV（247mV-454mV） 输出信号共模电平1.025V-1.375V 接收端差分对输入摆幅±100mV 输入信号电平范围0-2.4V 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 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

Leabharlann Baidu
电流驱动，14mA电流源，输入阻抗高，输出阻抗低，驱动能力强