Conversioni da LVDS a LVPECL, CML e Single-Ended

Molti periferici per computer, canali SerDes e sistemi di telecomunicazione utilizzano LVDS, ma ci sono momenti in cui potresti aver bisogno di interfacciarti con un altro standard di segnalazione. Alcuni esempi includono interfacce tra componenti che utilizzano LVDS verso LVPECL, CML e HSTL. In altri casi, potresti voler convertire tra segnali single-ended e differenziali, e alcuni componenti hanno impostazioni che supporteranno questo tipo di traduzione.

Se hai bisogno di creare questo tipo di traduzione tra standard di segnali, dovrai progettare la giusta rete di adattamento dell'impedenza. Questo è solitamente semplice come una rete di accoppiamento DC o AC in serie o parallelo, ma la terminazione di Thevenin potrebbe essere necessaria in altre situazioni. Dovrai utilizzare un IC traduttore specifico o un amplificatore con un alto prodotto guadagno-larghezza di banda per le traduzioni tra segnali single-ended e differenziali. Ecco come puoi eseguire queste conversioni di segnalazione in applicazioni specializzate.

Tradurre LVDS in LVPECL, CML o un altro standard differenziale

L'obiettivo in qualsiasi traduzione tra famiglie logiche differenziali è l'adattamento dell'impedenza in tutta la larghezza di banda del segnale. Questo può essere difficile se devi compensare la dispersione, ma la dispersione tende ad appiattirsi ad alte larghezze di banda del segnale. L'immagine qui sotto mostra un collegamento differenziale ad alta velocità generale tra due componenti differenziali.

Il driver presenta un'impedenza di uscita (RS) per ogni traccia della coppia. In alcuni casi, potrebbe essere necessario aggiungere resistori in serie all'estremità del driver per adattare l'uscita del driver all'impedenza caratteristica delle tracce. L'impedenza caratteristica tipica di 50 Ohm è mostrata nell'immagine, e la resistenza di terminazione parallela del ricevitore (RD) è mostrata all'estremità lontana della coppia. RP e RN sono resistori di pull-up e pull-down in configurazione di Thevenin per ogni traccia; questi vengono utilizzati per convertire i segnali attivi-ALTO e attivi-BASSO come richiesto (solo lato ricevitore) per aumentare/diminuire la tensione differenziale vista al ricevitore. Il blocco DC può essere fornito da condensatori in serie, il che diventa importante quando si interfaccia con un ricevitore CML.

Prima di esaminare alcune coppie specifiche di traduzioni di segnalazione differenziale, c'è qualcosa di importante da realizzare riguardo alla grafica sopra; non è possibile convertire un segnale a monte in un livello di segnale più alto a meno che non ci sia una fonte di alimentazione a valle che fornisca una tensione più alta. Potrebbe essere necessario aggiungere resistori di step-up o step-down agli estremi del driver e del ricevitore per rendere compatibili i livelli dei segnali.

L'immagine sottostante mostra alcuni esempi che coinvolgono traduzioni da LVDS a LVPECL. Un'altra traduzione che coinvolge i condensatori di blocco DC è mostrata per LVPECL a CML. Nota che, per le transizioni LVDS/LVPECL, la resistenza di terminazione potrebbe essere integrata nell'ingresso del driver; assicurati di controllare i datasheet dei tuoi componenti per vedere se è richiesta una resistenza di terminazione sull'ingresso. Per la traduzione LVPECL/CML, i condensatori in serie dovrebbero essere dimensionati come un filtro passa-alto, sebbene presti attenzione alla capacità di ingresso sul ricevitore.

Altre transizioni che coinvolgono passaggi tra diversi livelli (ad es., da 3.3 V LVPECL a LVDS) possono coinvolgere resistori di pull-up e pull-down alla sorgente. Normalmente non raccomando le note applicative per consigli di progettazione, ma questa nota applicativa di ON Semiconductor contiene molti esempi utili che mostrano come calcolare i valori dei componenti in queste reti. Puoi quindi replicare i calcoli nei tuoi progetti per le tue traduzioni di segnali.

Che dire delle traduzioni da differenziale a single-ended?

Se hai bisogno di ricevere un segnale differenziale come un segnale single-ended in un ricevitore o trasmettere un'uscita single-ended come un segnale differenziale, hai alcune opzioni. Per ricevere segnali differenziali e interpretarli come single-ended, le FPGA hanno impostazioni che tradurranno l'input nel livello richiesto per essere letto come un segnale single-ended. Se non stai lavorando con una FPGA e hai semplicemente bisogno di trasmettere su qualche strato fisico, è meglio utilizzare un amplificatore con guadagno unitario e alta larghezza di banda. In altre parole, trova un amplificatore IC che ha un alto prodotto guadagno-larghezza di banda e imposta il guadagno al valore che produrrà il livello del segnale single-ended di cui hai bisogno, proprio come faresti con un circuito op-amp.

Se stai traducendo tra specifiche famiglie di logica differenziale e single-ended (ad esempio, LVDS a LVTTL/LVCMOS), puoi usare un IC traduttore. Il MC100EPT21 (ON Semiconductor) è un esempio di tale componente. Se hai bisogno di andare nella direzione opposta, puoi usare un traduttore da single-ended a differenziale che supporti la tua famiglia logica desiderata. L'85320I (Renesas) è un esempio di un traduttore da single-ended a differenziale.

Questo tipo di conversione da single-ended a differenziale è utile se si desidera trasmettere un segnale single-ended su una connessione fisica come un segnale differenziale. Questa è un'opzione per le connessioni via cavo da scheda a scheda in ambienti rumorosi dove normalmente sarebbe necessario instradare più linee di terra attraverso un cavo. Aumentare il numero di fili e trasmettere segnali differenziali può occupare un po' più di spazio sulla scheda per un connettore a intestazione o un connettore pin-e-socket. Tuttavia, avrai un alto rapporto di reiezione del modo comune al ricevitore.

Se dovessi realizzare questo tipo di connessione tra schede con un'uscita single-ended, cercherei un connettore con impedenza costantemente valutata fino al limite di banda per il mio segnale. Alcuni connettori progettati per la segnalazione differenziale sono valutati in termini di velocità massima di trasferimento dati, non come una frequenza. Connettori da bordo a bordo e pin-in-socket con fattore di forma standard e alte velocità di trasmissione dati (ad esempio, PCIe) sono disponibili sul mercato. Indipendentemente dalla strada che scegli di seguire nel tuo layout, avrai bisogno degli strumenti di progettazione schematica giusti e degli strumenti CAD per PCB per renderlo possibile.

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