Conversions LVDS vers LVPECL, CML et unipolaires

De nombreux périphériques informatiques, canaux SerDes et systèmes de télécommunications utilisent le LVDS, mais il peut arriver que vous ayez besoin d'interfacer avec un autre standard de signalisation. Certains exemples incluent les interfaces entre composants utilisant le LVDS vers LVPECL, CML et HSTL. Dans d'autres cas, vous pourriez vouloir convertir entre signaux à terminaison unique et différentiels, et certains composants ont des réglages qui supporteront ce type de traduction.

Si vous avez besoin de créer ce type de traduction entre standards de signal, vous devrez concevoir le bon réseau d'adaptation d'impédance. Cela est généralement aussi simple qu'un réseau de couplage DC ou AC en série ou parallèle, mais une terminaison de Thévenin peut être nécessaire dans d'autres situations. Vous aurez besoin d'utiliser un CI de traduction spécifique ou un amplificateur avec un produit gain-bande passante élevé pour les traductions entre signaux à terminaison unique et différentiels. Voici comment vous pouvez effectuer ces conversions de signalisation dans des applications spécialisées.

Traduction du LVDS vers LVPECL, CML ou autre standard différentiel

L'objectif dans toute traduction entre familles logiques différentielles est l'adaptation d'impédance à travers la bande passante du signal. Cela peut être difficile si vous devez compenser la dispersion, mais la dispersion a tendance à s'aplatir à des largeurs de bande de signal élevées. L'image ci-dessous montre une interconnexion différentielle haute vitesse générale entre deux composants différentiels.

Le pilote possède une impédance de sortie (RS) pour chaque trace de la paire. Dans certains cas, vous devrez ajouter des résistances en série à l'extrémité du pilote pour adapter la sortie du pilote à l'impédance caractéristique des traces. L'impédance caractéristique typique de 50 Ohms est illustrée dans l'image, et la résistance de terminaison parallèle du récepteur (RD) est indiquée à l'extrémité éloignée de la paire. RP et RN sont des résistances de tirage vers le haut et vers le bas dans une configuration de Thévenin pour chaque trace ; elles sont utilisées pour convertir les signaux actifs-HAUT et actifs-BAS selon les besoins (uniquement côté récepteur) pour augmenter/diminuer la tension différentielle vue au récepteur. Le blocage en continu peut être assuré par des condensateurs en série, ce qui devient important lors de l'interface avec un récepteur CML.

Avant d'examiner certaines paires spécifiques de traductions de signaux différentiels, il est important de réaliser quelque chose à propos du graphique ci-dessus ; vous ne pouvez pas convertir un signal amont en un niveau de signal supérieur à moins qu'il n'y ait une source d'alimentation aval qui fournit une tension plus élevée. Vous devrez peut-être ajouter des résistances d'élévation ou d'abaissement aux extrémités du pilote et du récepteur pour rendre les niveaux de signal compatibles.

L'image ci-dessous montre quelques exemples impliquant des traductions de LVDS à LVPECL. Une autre traduction impliquant des condensateurs de blocage DC est montrée pour LVPECL à CML. Notez que, pour les transitions LVDS/LVPECL, la résistance de terminaison peut être intégrée à l'entrée du pilote ; assurez-vous de vérifier les fiches techniques de vos composants pour voir si une résistance de terminaison est nécessaire à l'entrée. Pour la traduction LVPECL/CML, les condensateurs en série doivent être dimensionnés comme un filtre passe-haut, bien que vous deviez faire attention à la capacité d'entrée sur le récepteur.

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D'autres transitions impliquant des étapes entre différents niveaux (par exemple, de 3,3 V LVPECL à LVDS) peuvent impliquer des résistances de tirage vers le haut et vers le bas à la source. Je ne recommande normalement pas les notes d'application pour des conseils de conception, mais cette note d'application de ON Semiconductor contient de nombreux exemples utiles montrant comment calculer les valeurs des composants dans ces réseaux. Vous pouvez ensuite répliquer les calculs dans vos conceptions pour vos traductions de signaux.

Et les traductions de différentiel à unipolaire ?

Si vous avez besoin de recevoir un signal différentiel comme un signal à extrémité unique chez un récepteur ou de transmettre une sortie à extrémité unique comme un signal différentiel, vous avez quelques options. Pour recevoir des signaux différentiels et les interpréter comme à extrémité unique, les FPGA disposent de paramètres qui traduiront l'entrée dans le niveau requis pour être lu comme un signal à extrémité unique. Si vous ne travaillez pas avec un FPGA et que vous avez simplement besoin de transmettre sur une couche physique, vous serez mieux servi en utilisant un amplificateur à gain unitaire et à large bande passante. En d'autres termes, trouvez un amplificateur IC qui a un produit gain-bande passante élevé, et réglez le gain à la valeur qui produira le niveau de signal à extrémité unique dont vous avez besoin, tout comme vous le feriez avec un circuit d'amplificateur opérationnel.

Si vous traduisez entre des familles de logique différentielle et à extrémité unique spécifiques (par exemple, de LVDS à LVTTL/LVCMOS), vous pouvez utiliser un IC traducteur. Le MC100EPT21 (ON Semiconductor) est un exemple de tel composant. Si vous avez besoin de passer dans l'autre direction, vous pouvez utiliser un traducteur de signal à extrémité unique vers différentiel qui prend en charge votre famille de logique désirée. Le 85320I (Renesas) est un exemple de traducteur de signal à extrémité unique vers différentiel.

Ce type de conversion de signal simple à différentiel est utile si vous souhaitez transmettre un signal simple par une connexion physique comme un signal différentiel. C'est une option pour les connexions par câble de carte à carte dans des environnements bruyants où vous auriez normalement besoin de router plusieurs lignes de masse à travers un câble. Augmenter le nombre de fils et transmettre des signaux différentiels peut prendre un peu plus d'espace sur la carte pour un connecteur à broches ou un connecteur à broches et douilles. Cependant, vous aurez un taux de réjection en mode commun élevé au niveau du récepteur.

Si j'avais besoin de faire ce type de connexion entre cartes avec une sortie simple, je chercherais un connecteur avec une impédance constamment évaluée jusqu'à la limite de bande pour mon signal. Certains connecteurs conçus pour la signalisation différentielle sont évalués en termes de taux de transfert de données maximal, et non en tant que fréquence. Des connecteurs de bord de carte à carte et des connecteurs à broches dans une douille avec un facteur de forme standard et des taux de données élevés (par exemple, PCIe) sont disponibles sur le marché. Peu importe la voie que vous choisissez pour votre agencement, vous aurez besoin des bons outils de conception de schémas et des outils CAO pour PCB pour le rendre possible.

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