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

Muchos periféricos de computadora, canales SerDes y sistemas de telecomunicaciones utilizan LVDS, pero hay momentos en los que podría necesitar interactuar con otro estándar de señalización. Algunos ejemplos incluyen interfaces entre componentes que usan LVDS a LVPECL, CML y HSTL. En otros casos, es posible que desee convertir entre señales de extremo único y diferenciales, y algunos componentes tienen configuraciones que admitirán este tipo de traducción.

Si necesita crear este tipo de traducción entre estándares de señales, necesitará diseñar la red adecuada de coincidencia de impedancias. Esto suele ser tan simple como una red de acoplamiento DC o AC en serie o paralelo, pero la terminación de Thevenin puede ser necesaria en otras situaciones. Necesitará usar un CI traductor específico o un amplificador con un producto de ganancia-anchura de banda alto para traducciones entre señales de extremo único y diferenciales. Aquí le mostramos cómo puede realizar estas conversiones de señalización en aplicaciones especializadas.

Traduciendo LVDS a LVPECL, CML u Otro Estándar Diferencial

El objetivo en cualquier traducción entre familias de lógica diferencial es la coincidencia de impedancias a lo largo del ancho de banda de la señal. Esto puede ser difícil si necesitas compensar la dispersión, pero la dispersión tiende a aplanarse en anchos de banda de señal altos. La imagen a continuación muestra una interconexión diferencial de alta velocidad general entre dos componentes diferenciales.

El controlador tiene cierta impedancia de salida (RS) para cada traza en el par. En algunos casos, necesitarás agregar 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 paralela del receptor (RD) se muestra en el extremo más lejano del par. RP y RN son resistencias de 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 el voltaje diferencial visto en el receptor. El bloqueo de CC puede proporcionarse mediante capacitores en serie, lo cual se vuelve importante al interfazarse con un receptor CML.

Antes de mirar algunos pares específicos de traducciones de señalización diferencial, hay algo importante que darse cuenta sobre el gráfico anterior; no puedes convertir una señal ascendente a un nivel de señal más alto a menos que haya una fuente de alimentación descendente que suministre un voltaje más alto. Puede que necesites añadir resistencias de aumento o reducción en los extremos del controlador y receptor para hacer los niveles de señal compatibles.

La imagen a continuación muestra algunos ejemplos que involucran traducciones de LVDS a LVPECL. Otra traducción que involucra capacitores de bloqueo de CC se muestra para LVPECL a CML. Note que, para las transiciones LVDS/LVPECL, la resistencia de terminación puede estar integrada en la entrada del controlador; asegúrese de revisar las hojas de datos de sus componentes para ver si se requiere una resistencia de terminación en la entrada. Para la traducción 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 involucran pasos entre diferentes niveles (por ejemplo, de 3.3 V LVPECL a LVDS) pueden involucrar resistencias de pull-up y pull-down en la fuente. Normalmente no recomiendo notas de aplicación para consejos de diseño, pero esta nota de aplicación de ON Semiconductor tiene muchos ejemplos útiles que muestran cómo calcular los valores de los componentes en estas redes. Luego puedes replicar los cálculos en tus diseños para tus traducciones de señalización.

¿Qué pasa con las traducciones de diferencial a unipolar?

Si necesita 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, tiene algunas opciones. Para recibir señales diferenciales e interpretarlas como de un solo extremo, los FPGA tienen configuraciones que traducirán la entrada al nivel requerido para ser leída como una señal de un solo extremo. Si no está trabajando con un FPGA y simplemente necesita transmitir a través de alguna capa física, es mejor usar un amplificador con ganancia unitaria y alto ancho de banda. En otras palabras, encuentre un IC amplificador que tenga un alto producto de ganancia-ancho de banda, y ajuste la ganancia al valor que producirá el nivel de señal de un solo extremo que necesita, tal como lo haría con un circuito de op-amp.

Si estás traduciendo entre familias lógicas específicas diferencial y de un solo extremo (por ejemplo, de LVDS a LVTTL/LVCMOS), puedes usar un circuito integrado traductor. El MC100EPT21 (ON Semiconductor) es un ejemplo de tal componente. Si necesitas ir en la dirección opuesta, puedes usar un traductor de un solo extremo a diferencial que soporte tu familia lógica deseada. El 85320I (Renesas) es un ejemplo de un 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 de espacio extra en la placa para un conector de cabecera de pines o conector de pin y socket. Sin embargo, tendrás una alta relación de rechazo de modo común en el receptor.

Si necesitara hacer este tipo de conexión entre placas con una salida de extremo único, buscaría un conector con impedancia consistentemente calificada hasta el límite de banda para mi señal. Algunos conectores diseñados para señalización diferencial están calificados en términos de tasa máxima de transferencia de datos, no como una frecuencia. Conectores de borde de placa a placa y pin-en-zócalo con factor de forma estándar y altas tasas de datos (por ejemplo, PCIe) están disponibles en el mercado. Independientemente de la ruta que elijas tomar en tu diseño, necesitarás las herramientas de diseño esquemático adecuadas y herramientas CAD para PCB para hacerlo posible.

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