LVDSからLVPECL、CML、およびシングルエンド変換

多くのコンピュータ周辺機器、SerDesチャネル、およびテレコムシステムではLVDSが使用されていますが、他の信号標準とのインターフェースを必要とする場合があります。例としては、LVDSからLVPECL、CML、HSTLを使用するコンポーネント間のインターフェースがあります。他の場合では、単端と差動信号の間を変換したい場合や、このタイプの変換をサポートする設定を持つコンポーネントがあるかもしれません。

このタイプの信号標準間の変換を作成する必要がある場合、適切なインピーダンスマッチングネットワークを設計する必要があります。これは通常、直列または並列のDCまたはACカップリングネットワークとして単純ですが、他の状況ではテブナン終端が必要になる場合があります。単端と差動信号の間の変換には、特定のトランスレータICまたは高いゲイン帯域幅積を持つアンプを使用する必要があります。ここでは、特殊なアプリケーションでこれらの信号変換を実行する方法を説明します。

LVDSからLVPECL、CML、または他の差動標準への変換

差動ロジックファミリー間の任意の変換の目標は、信号帯域全体でのインピーダンスマッチングです。これは、分散を補償する必要がある場合に難しいかもしれませんが、高い信号帯域幅で分散は平坦化する傾向があります。以下の画像は、2つの差動コンポーネント間の一般的な高速差動インターコネクトを示しています。

ドライバーには、ペア内の各トレースに対していくつかの出力インピーダンス（RS）があります。場合によっては、ドライバーの出力をトレースの特性インピーダンスに合わせるために、ドライバー側に直列抵抗を追加する必要があります。典型的な特性インピーダンスは50オームで、画像に示されており、ペアの遠端には受信機の並列終端抵抗（RD）が示されています。RPとRNは、各トレースのテブナン構成のプルアップおよびプルダウン抵抗であり、これらは必要に応じてアクティブハイおよびアクティブロー信号を変換するために使用されます（受信機側のみ）。受信機で見られる差動電圧をステップアップ/ステップダウンするためです。直列キャパシタによってDCブロッキングを提供でき、CML受信機へのインターフェース時に重要になります。

差動信号変換の特定のペアを見る前に、上記のグラフィックについて重要なことを理解する必要があります。上流の信号をより高い信号レベルに変換することはできません。より高い電圧を供給する下流の電源がない限りです。信号レベルを互換性があるようにするために、ドライバーと受信機の両端にステップアップまたはステップダウン抵抗を追加する必要があるかもしれません。

以下の画像は、LVDSからLVPECLへの変換を含むいくつかの例を示しています。LVPECLからCMLへの変換に関連するもう一つの例として、DCブロッキングキャパシタが示されています。LVDS/LVPECL変換の場合、終端抵抗がドライバーの入力に統合されている可能性があるため、入力に終端抵抗が必要かどうかを確認するために、コンポーネントのデータシートを必ずチェックしてください。LVPECL/CML変換の場合、直列キャパシタはハイパスフィルターのようにサイズ設定されるべきですが、受信機の入力容量に注意を払ってください。

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異なるレベル間の遷移（例えば、3.3 V LVPECLからLVDSへの変換）には、ソースでのプルアップ抵抗とプルダウン抵抗が関与する場合があります。通常、設計アドバイスにアプリケーションノートを推奨しませんが、ON Semiconductorからのこのアプリケーションノートには、これらのネットワークでコンポーネント値を計算する方法を示す有用な例がたくさんあります。それらの計算を自分の設計で複製して、シグナル変換に活用できます。

差動から単端への変換についてはどうでしょうか？

受信機で差動信号を単端信号として受信する必要がある場合や、単端出力を差動信号として送信する必要がある場合、いくつかの選択肢があります。差動信号を受信して単端として解釈する場合、FPGAには入力を単端信号として読み取るために必要なレベルに変換する設定があります。FPGAを使用していない場合で、単に物理層を介して送信する必要がある場合は、単位利得と高帯域幅を持つアンプを使用する方が良いでしょう。言い換えると、高い利得帯域幅積を持つアンプICを見つけ、オペアンプ回路で行うように、必要な単端信号レベルを生成するための利得値を設定します。

特定の差動および単端ロジックファミリ間で変換する場合（例：LVDSからLVTTL/LVCMOSへ）、トランスレータICを使用できます。MC100EPT21（ON Semiconductor）は、そのようなコンポーネントの一例です。逆方向に変換する必要がある場合は、希望するロジックファミリをサポートする単端から差動へのトランスレータを使用できます。85320I（Renesas）は、単端から差動へのトランスレータの一例です。

このタイプのシングルエンドから差動への変換は、シングルエンド信号を物理的接続を介して差動信号として送信したい場合に便利です。これは、通常、ケーブルを介して複数のグラウンド線をルーティングする必要がある騒がしい環境でのボード間ケーブル接続のためのオプションの一つです。ワイヤー数を増やして差動信号を送信することは、ピンヘッダーやピンアンドソケットコネクタのためにボード上のいくらかの追加スペースを取るかもしれません。それでも、受信側で高い共通モード除去比を得られます。

シングルエンド出力を持つボード間の接続を行う必要がある場合、私は信号のバンドエッジまで一貫して定格インピーダンスを持つコネクタを探します。差動信号用に設計された一部のコネクタは、最大データ転送速度の観点で評価されており、周波数ではありません。市場には、標準フォームファクターと高データレート（例：PCIe）を持つボード間エッジコネクタやピンインソケットがあります。レイアウトでどのルートを選択するにしても、それを可能にするために適切な回路図設計ツールとPCB CADツールが必要になります。

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