浅谈LVDS、CML、LVPECL三种差分逻辑电平之间的互连

本篇主要介绍LVDS、CML、LVPECL三种最常用的差分逻辑电平之间的互连。由于篇幅比较长，分为两部分：第一部分是同种逻辑电平之间的互连，第二部分是不同种逻辑电平之间的互连。

下面详细介绍第一部分：同种逻辑电平之间的互连。

	输入
		CML	PECL	LVDS
输出	CML	√	√直流、交流耦合	√直流、交流耦合
	PECL	√直流、交流耦合	√直流、交流耦合	√直流、交流耦合
	LVDS	√直流、交流耦合	√直流、交流耦合	√

1、LVDS到LVDS的连接

1.1、直流匹配
LVDS直接是可以直接连接的，不论是2.5V还是3.3V，无非是否在外部再放一个100欧姆匹配电阻。端接电阻要靠近接收端输入引脚！！！

内置100Ω端接电阻的连接方式

外接100Ω端接电阻的连接方式

1.2、交流匹配
如果接收器输入端内置直流偏置，交流匹配也就是带不带100欧姆匹配的问题。

内置100Ω端接电阻的连接方式

外接100Ω端接电阻的连接方式

如果芯片没有内置直流偏置电压，就需要外接电阻到参考电压(1.2V)。为了支持传输线上的长0和长1数据序列，耦合电容的值不能太小，一般取0.1uF。C1、C2尽量靠近接收端放置，但不用像端接电阻那样紧贴输入管脚。

2、CML到CML的连接

CML到CML之间连接分两种情况，当收发两端的器件使用相同的电源时，CML到CML可以采用直流耦合方式，这时不需加任何器件；当收发两端器件采用不同电源时，一般要考虑交流耦合，注意这时选用的耦合电容要足够大，以避免在较长连0或连1情况出现时，接收端差分电压变小。

2.1、直流匹配
如果接收器的输入有内置匹配，如果接收器与发送器之间采用相同的VCC电源，CML驱动器输出可以直流耦合到CML接收器输入，无需额外的元件，可以直连。

直流匹配——直连

如果接收器的输入没有内置匹配，则需要在终端并接100欧姆匹配电阻。

直流匹配——100欧姆匹配

如果接收器的输入没有内置匹配，也可以通过在终端上拉50欧姆匹配电阻进行互连。

直流匹配——50欧姆上拉匹配

2.2、交流匹配
如果接收器与发送器采用不同的电源，系统需要用交流耦合方式。交流耦合情况下，耦合电容应足够大，以避免信号包含一长串相同数字时导致过大的低频衰减。

交流匹配——直连

如果接收器的输入没有内置匹配，则需要在终端并接100欧姆匹配电阻。

交流匹配——100欧姆匹配

如果接收器的输入没有内置匹配，也可以通过在终端上拉50欧姆匹配电阻。

交流匹配——50欧姆上拉匹配

3、LVPECL到LVPECL的连接

3.1、直流匹配
3.1.1、50欧姆匹配到参考电压

最简单的LVPECL匹配方式就是在接收器的输入侧需要一个参考电压，参考电压要比Vcc低2.0V，额外的电源需求会增加电路的复杂度和成本。Vcc-2.0V的偏置电压是考虑到ECL的14mA在50欧姆上的0.7V压降，在总线上的中间电平依然是Vcc-1.3V。

3.1.2、三电阻匹配

一种减少附加成本的方式就是增加一个电阻，两个50欧姆电阻提供信号匹配，另一个电阻连接到地给这两个电阻提供直流偏置到VTT。

3.1.3、四电阻匹配

这是使用最多的LVPECL匹配方式，采用四电阻戴维南匹配。

四个电阻匹配的计算步骤如下：

a、从阻抗匹配要求可以得出：

R1||R2=50

b、电阻比等于电压比可以得出：

(R1+R2)/R2=VCC/(VCC-2)

Vcc-2.0V的偏置电压是考虑到ECL的14mA在等效50欧姆上的0.7V压降，在总线上的偏置电压依然是Vcc-1.3V。

于是可以得到：
R1=50*Vcc/(Vcc-2)
R2=25*Vcc

4个电阻都必须放在离输入端很近的地方，对PCB布板造成困难。匹配电阻功耗比较大，如果路数很多的话，对单板的功耗来说是一个比较大的问题（静态电阻很小）。所以，在实际的布板过程中，一般不提倡使用这种电路。

3.1.4、下拉+100欧姆跨接

这是最常用，最简洁的直流匹配方式，特别适合同电压PECL之间的对接。

R1=140~200欧姆（3.3V），R1=270~330欧姆（5V），R2=100欧姆。

R1为输出门提供偏置电流，R2为交流信号提供匹配。输入门的直流电平偏置直接利用输出门的直流电平(Vcc-1.3V)，并不需要外来的上下拉电阻来提供。

此匹配电路电阻个数很少，只有3个。只有R2一个电阻必须放在离输入门比较近的地方，R1放置的地方可以比较随便，只要不引入过长的线头（过长的线头会导致反射）就可以了。PCB布板比较容易处理。这种电路是一个优选电路。

3.1.5、下拉+50欧姆匹配到参考电压

3.2、交流匹配
PECL在交流耦合输出到50Ω的终端负载时，要考虑PECL的输出端加一直流偏置电阻。PECL的输出共模电压需固定在Vcc-1.3V，在选择直流偏置电阻时仅需该电阻能够提供14mA到地的通路，这样R1=（Vcc-1.3V）/14mA。在3.3V供电时，R1=142Ω，5V供电时，R1=270Ω。然而这种方式给出的交流负载阻抗低于50Ω，在实际应用中，3.3V供电时，R1可以从142Ω到200Ω之间选取，5V供电时，R1可以从270Ω到350Ω之间选取，原则是让输出波形达到最佳。

R3和R2的选择应考虑如下几点：

PECL输入直流偏压应固定在Vcc-1.3V；

输入阻抗应等于传输线阻抗；

低功耗；

外围器件少。

3.2.1、三电阻匹配

3.2.2、两电阻+100欧姆跨接

这是最常用，最简洁的交流匹配方式，也常用于PECL/LVPECL/2.5VPECL之间的对接，推荐使用。

R1=140~200欧姆，属于直流偏置电阻。

C1为耦合电容，可以放在线上的任何一个地方，不一定在源端，也不一定要在末端。

R4=100欧姆，属于交流匹配电阻，一定要放在末端。

R2、R3为K级别的电阻，必须满足R3/(R2+R3)=(VCC-1.3V)/VCC的比值就可以了，这两个电阻是为输入端提供直流电平，所以对PCB上的位置没有特殊要求，只需要不引入长线头就可以了。

对于交流耦合来说，阻容器件的个数算是比较少的了；只对一个电阻的位置（R4）有要求，其他的没有要求；功耗也比较小。这种电路还带来另外一个优点，那就是当LVPECL输出没有交流信号的时候，那么输入端却可以依靠100欧姆的电阻，使得P/N维持一个电压差，从而保证输入端的稳定。

3.2.3、四电阻匹配

3.2.4、五电阻匹配

此处有了100欧姆电阻，R2和R3只是提供直流偏置而已，阻值需要选大一些，从而保证R2||R3||(R4/2)基本上还是50欧姆。

3.3V情况下可以选择R2=2.2K，R3=3.3K，参考电压为大约为2V(Vcc-1.3V)。

两个50Ω电阻中点接入一电容，是为了消除差分线上信号偏移而产生的共模噪声（2个50Ω是差模阻抗匹配，VBB电容是共模滤波电容）。

以上是针对两个同种类型逻辑电平之间的互连。

编辑：hfy