LVDS zu LVPECL, CML und Single-Ended-Umwandlungen

Viele Computerperipheriegeräte, SerDes-Kanäle und Telekommunikationssysteme verwenden LVDS, aber es gibt Zeiten, in denen Sie möglicherweise eine Schnittstelle zu einem anderen Signalstandard benötigen. Einige Beispiele umfassen Schnittstellen zwischen Komponenten, die LVDS zu LVPECL, CML und HSTL verwenden. In anderen Fällen möchten Sie möglicherweise zwischen einseitigen und differentiellen Signalen konvertieren, und einige Komponenten haben Einstellungen, die diese Art der Umsetzung unterstützen.

Wenn Sie diese Art der Umsetzung zwischen Signalstandards erstellen müssen, müssen Sie das richtige Impedanzanpassungsnetzwerk entwerfen. Dies ist normalerweise so einfach wie ein Serien- oder Parallel-DC- oder AC-Kopplungsnetzwerk, aber in anderen Situationen kann eine Thevenin-Abschluss erforderlich sein. Sie müssen einen spezifischen Übersetzer-IC oder einen Verstärker mit einem hohen Gewinn-Bandbreite-Produkt für Übersetzungen zwischen einseitigen und differentiellen Signalen verwenden. Hier erfahren Sie, wie Sie diese Signalumwandlungen in spezialisierten Anwendungen durchführen können.

Umsetzung von LVDS zu LVPECL, CML oder einem anderen differentiellen Standard

Das Ziel bei jeder Umsetzung zwischen differentiellen Logikfamilien ist die Impedanzanpassung über die gesamte Signalbandbreite. Dies kann schwierig sein, wenn Sie für Dispersion kompensieren müssen, aber die Dispersion neigt dazu, sich bei hohen Signalbandbreiten abzuflachen. Das Bild unten zeigt eine allgemeine Hochgeschwindigkeits-Differentialverbindung zwischen zwei differentiellen Komponenten.

Der Treiber hat eine gewisse Ausgangsimpedanz (RS) für jede Leitung im Paar. In einigen Fällen müssen Sie möglicherweise Serienwiderstände am Treiberende hinzufügen, um die Ausgangsimpedanz des Treibers an die charakteristische Impedanz der Leitungen anzupassen. Die typische charakteristische Impedanz von 50 Ohm wird im Bild gezeigt, und der parallele Abschlusswiderstand des Empfängers (RD) wird am entfernten Ende des Paares dargestellt. RP und RN sind Pull-Up- und Pull-Down-Widerstände in Thevenin-Konfiguration für jede Leitung; diese werden verwendet, um aktive-HIGH- und aktive-LOW-Signale nach Bedarf (nur am Empfängerende) zu konvertieren, um die am Empfänger gesehene differentielle Spannung zu erhöhen/verringern. DC-Blockierung kann durch Serienkondensatoren bereitgestellt werden, was wichtig wird, wenn eine Schnittstelle zu einem CML-Empfänger hergestellt wird.

Bevor wir uns einige spezifische Paare von differentiellen Signalübersetzungen ansehen, gibt es etwas Wichtiges über die obige Grafik zu realisieren; Sie können ein stromaufwärts gerichtetes Signal nicht auf ein höheres Signalniveau konvertieren, es sei denn, es gibt eine stromabwärts gerichtete Stromquelle, die eine höhere Spannung liefert. Möglicherweise müssen Sie am Treiber- und Empfängerende Step-Up- oder Step-Down-Widerstände hinzufügen, um die Signalpegel kompatibel zu machen.

Das Bild unten zeigt einige Beispiele für Übersetzungen von LVDS zu LVPECL. Eine weitere Übersetzung, die DC-Blockkondensatoren betrifft, wird für LVPECL zu CML gezeigt. Beachten Sie, dass bei den LVDS/LVPECL-Übergängen der Abschlusswiderstand in den Eingang des Treibers integriert sein kann; stellen Sie sicher, dass Sie Ihre Komponentendatenblätter überprüfen, um zu sehen, ob ein Abschlusswiderstand am Eingang erforderlich ist. Für die LVPECL/CML-Übersetzung sollten die Serienkondensatoren wie ein Hochpassfilter dimensioniert werden, obwohl Sie auf die Eingangskapazität am Empfänger achten sollten.

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Andere Übergänge, die Schritte zwischen verschiedenen Pegeln beinhalten (z.B. 3,3 V LVPECL zu LVDS), können Pull-up- und Pull-down-Widerstände an der Quelle erfordern. Normalerweise empfehle ich keine Anwendungshinweise für Designratschläge, aber dieser Anwendungshinweis von ON Semiconductor enthält viele nützliche Beispiele, die zeigen, wie man Komponentenwerte in diesen Netzwerken berechnet. Sie können dann die Berechnungen in Ihren Designs für Ihre Signalübersetzungen replizieren.

Was ist mit Übersetzungen von differentiell zu einseitig?

Wenn Sie ein differentielles Signal als ein einzelnes Signal an einem Empfänger empfangen müssen oder ein einzelnes Ausgangssignal als differentielles Signal übertragen möchten, haben Sie einige Optionen. Um differentielle Signale zu empfangen und als einzelnes Signal zu interpretieren, haben FPGAs Einstellungen, die den Eingang in das erforderliche Niveau übersetzen, um als einzelnes Signal gelesen zu werden. Wenn Sie nicht mit einem FPGA arbeiten und einfach über eine physische Schicht übertragen müssen, sind Sie besser dran, einen Verstärker mit Einheitsverstärkung und hoher Bandbreite zu verwenden. Mit anderen Worten, finden Sie einen Verstärker-IC, der ein hohes Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt hat, und stellen Sie die Verstärkung auf den Wert ein, der das benötigte einzelne Signalniveau erzeugt, genau wie Sie es bei einem Operationsverstärker-Schaltkreis tun würden.

Wenn Sie zwischen spezifischen differentiellen und einzelnen Logikfamilien übersetzen (z.B. LVDS zu LVTTL/LVCMOS), können Sie einen Übersetzer-IC verwenden. Der MC100EPT21 (ON Semiconductor) ist ein Beispiel für eine solche Komponente. Wenn Sie in die andere Richtung gehen müssen, können Sie einen einzelnen zu differentiellen Übersetzer verwenden, der Ihre gewünschte Logikfamilie unterstützt. Der 85320I (Renesas) ist ein Beispiel für einen einzelnen zu differentiellen Übersetzer.

Diese Art der Umwandlung von Single-Ended zu Differential ist nützlich, wenn Sie ein Single-Ended-Signal über eine physische Verbindung als Differenzsignal übertragen möchten. Dies ist eine Option für Board-zu-Board-Kabelverbindungen in lauten Umgebungen, in denen Sie normalerweise mehrere Masseleitungen über ein Kabel führen müssten. Die Erhöhung der Anzahl der Drähte und die Übertragung von Differenzsignalen kann etwas mehr Platz auf der Platine für einen Stiftleisten- oder Stift-und-Buchsen-Steckverbinder beanspruchen. Dennoch haben Sie am Empfänger ein hohes Gleichtaktunterdrückungsverhältnis.

Wenn ich diese Art der Verbindung zwischen Platinen mit einem Single-Ended-Ausgang benötigen würde, würde ich nach einem Steckverbinder suchen, der bis zum Bandrand für mein Signal eine konsistent bewertete Impedanz aufweist. Einige für die Differenzsignalübertragung ausgelegte Steckverbinder sind in Bezug auf die maximale Datenübertragungsrate und nicht als Frequenz bewertet. Board-zu-Board-Edge-Steckverbinder und Pin-in-Socket mit Standardformfaktor und hohen Datenraten (z.B. PCIe) sind auf dem Markt erhältlich. Unabhängig davon, für welchen Weg Sie sich in Ihrem Layout entscheiden, benötigen Sie die richtigen Schaltplan-Designwerkzeuge und PCB-CAD-Werkzeuge, um dies zu ermöglichen.

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