Conversiones de LVDS a LVPECL, CML y de un solo extremo

Muchos periféricos informáticos, canales SerDes y sistemas de telecomunicaciones utilizan LVDS, pero hay ocasiones en las que puede ser necesario interconectar con otro estándar de señalización. Algunos ejemplos incluyen interfaces entre componentes que utilizan LVDS a LVPECL, CML y HSTL. En otros casos, es posible que desees convertir entre señales de un solo extremo y diferenciales, y algunos componentes tienen configuraciones que admitirán este tipo de transferencias.

Si necesitas crear este tipo de conversión entre estándares de señales, tendrás que diseñar la red de adaptación de impedancias adecuada. Esto suele ser tan sencillo como una red de acoplamiento de CC o CA en serie o paralelo, pero la terminación Thevenin puede ser necesaria en otras situaciones. Tendrás que utilizar un circuito integrado traductor específico o un amplificador con un producto de gran ganancia-ancho de banda para las transferencias entre señales unipolares y diferenciales. A continuación, se explica cómo realizar estas conversiones de señalización en aplicaciones especializadas.

Conversión de LVDS a LVPECL, CML u otro estándar diferencial

El objetivo de cualquier conversión entre familias lógicas diferenciales es la adaptación de impedancias en todo el ancho de banda de la señal. Esto puede resultar difícil si es necesario compensar la dispersión, pero ésta dispersión tiende a aplanarse a anchos de banda de señal elevados. La siguiente imagen muestra una interconexión diferencial general de alta velocidad entre dos componentes diferenciales.

El controlador tiene cierta impedancia de salida (RS) para cada traza en el par. En algunos casos, necesitarás añadir resistencias en serie en el extremo del controlador para igualar la salida del controlador con la impedancia característica de las trazas. La impedancia característica típica de 50 Ohmios se muestra en la imagen, y la resistencia de terminación en paralelo del receptor (RD) se muestra en el extremo más lejano del par. RP y RN son resistencias pull-up y pull-down en configuración de Thevenin para cada traza; estas se utilizan para convertir señales activas-ALTO y activas-BAJO según sea necesario (solo en el extremo del receptor) para aumentar/reducir la tensión diferencial que se ve en el receptor. El bloqueo de CC puede realizarse mediante capacitores en serie, lo cual resulta importante cuando se conecta con un receptor CML.

Antes de ver algunos pares específicos de conversiones de señalización diferencial, hay algo importante a tener en cuenta sobre el gráfico anterior; no se puede convertir una señal ascendente a un nivel de señal más alto a menos que haya una fuente de alimentación descendente que suministre una tensión más alta. Es posible que necesites añadir resistencias de aumento o reducción en los extremos del controlador y del receptor para que los niveles de señal sean compatibles.

La siguiente imagen muestra algunos ejemplos de conversión de LVDS a LVPECL. Se muestra otra conversión que implica capacitadores de bloqueo de CC para LVPECL a CML. Ten en cuenta que, para las transiciones LVDS/LVPECL, la resistencia de terminación puede estar integrada en la entrada del controlador; asegúrate de comprobar las hojas de datos de tus componentes para ver si se requiere una resistencia de terminación en la entrada. Para la conversión LVPECL/CML, los capacitores en serie deben dimensionarse como un filtro de paso alto, aunque preste atención a la capacitancia de entrada en el receptor.

Otras transiciones que implican pasos entre diferentes niveles (por ejemplo, 3,3 V LVPECL a LVDS) pueden implicar resistencias pull-up y pull-down en la fuente. No suelo recomendar notas de aplicación para consejos de diseño de PCB, pero esta nota de aplicación de ON Semiconductor tiene muchos ejemplos útiles que muestran cómo calcular los valores de los componentes en estas redes. A continuación, puedes replicar los cálculos en tus diseños de PCB para tus transferencias de señalización.

¿Qué pasa con las transferencias de señal diferencial a señal de un solo extremo?

Si necesitas recibir una señal diferencial como una señal de un solo extremo en un receptor o transmitir una salida de un solo extremo como una señal diferencial, tienes algunas opciones. Para recibir señales diferenciales e interpretarlas como de un solo extremo, las FPGAs tienen configuraciones que traducirán la entrada al nivel requerido para ser leída como una señal de un solo extremo. Si no estás trabajando con una FPGA y simplemente necesitas transmitir a través de alguna capa física, es mejor que utilices un amplificador con ganancia unitaria y gran ancho de banda. En otras palabras, encuentra un amplificador IC que tenga un alto producto ganancia-ancho de banda, y ajusta la ganancia al valor que producirá el nivel de señal de un solo extremo que necesitas, igual que harías con un circuito op-amp.

Si deseas realizar una conversión entre familias lógicas diferenciales y de un solo extremo (por ejemplo, de LVDS a LVTTL/LVCMOS), puedes utilizar un circuito integrado traductor. El MC100EPT21 (ON Semiconductor) es un ejemplo de este tipo de componente. Si necesitas ir en la otra dirección, puedes utilizar un traductor de un solo extremo a diferencial que admita la familia lógica deseada. El 85320I (Renesas) es un ejemplo de traductor de un solo extremo a diferencial.

Este tipo de conversión de un solo extremo a diferencial es útil si quieres transmitir una señal de un solo extremo a través de una conexión física como una señal diferencial. Esta es una opción para conexiones de cable de placa a placa en entornos ruidosos donde normalmente necesitarías tender múltiples líneas de tierra a través de un cable. Aumentar el número de cables y transmitir señales diferenciales puede ocupar algo más de espacio en la placa de PCB para un conector de cabecera de pines o conector de clavija y zócalo. Sin embargo, tendrás una alta relación de rechazo de modo común en el receptor.

Si necesitaras hacer este tipo de conexión entre placas con una salida de un solo extremo, buscarías un conector con una impedancia nominal consistente hasta el borde de la banda para mi señal. Algunos conectores diseñados para señalización diferencial están clasificados en términos de velocidad máxima de transferencia de datos, no como frecuencia. En el mercado existen conectores de borde de placa a placa y pin-in-socket (pin en zócalo) con factor de forma estándar y altas velocidades de transferencia de datos (por ejemplo, PCIe). Sea cual sea el camino que elijas para tu diseño de PCB, necesitarás las herramientas de diseño esquemático y de CAD de PCB adecuadas para hacerlo posible.

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