LVDS에서 LVPECL, CML, 단일 종단 변환

많은 컴퓨터 주변기기, SerDes 채널 및 통신 시스템에서 LVDS를 사용하지만, 다른 신호 표준과 인터페이스해야 할 때가 있습니다. 예를 들어, LVDS에서 LVPECL, CML, HSTL로 사용하는 구성 요소 간의 인터페이스가 있을 수 있습니다. 다른 경우에는 단일 종단 신호와 차동 신호 간을 변환하고자 할 수 있으며, 일부 구성 요소는 이러한 유형의 변환을 지원하는 설정을 가지고 있습니다.

이러한 유형의 신호 표준 간 변환을 생성해야 하는 경우, 올바른 임피던스 매칭 네트워크를 설계해야 합니다. 이는 일반적으로 직렬 또는 병렬 DC 또는 AC 커플링 네트워크만큼 간단하지만, 다른 상황에서는 테브닌 종결이 필요할 수 있습니다. 단일 종단 신호와 차동 신호 간의 변환을 위해 특정 변환기 IC나 높은 이득-대역폭 제품의 증폭기를 사용해야 합니다. 전문적인 응용 프로그램에서 이러한 신호 변환을 수행하는 방법은 다음과 같습니다.

LVDS에서 LVPECL, CML 또는 기타 차동 표준으로 변환하기

차동 논리 패밀리 간의 변환에서의 목표는 신호 대역폭 전체에 걸쳐 임피던스 매칭입니다. 분산을 보상해야 하는 경우 어려울 수 있지만, 신호 대역폭이 높아질수록 분산은 평탄해지는 경향이 있습니다. 아래 이미지는 두 차동 구성 요소 간의 일반적인 고속 차동 연결을 보여줍니다.

드라이버는 쌍을 이루는 각 트레이스마다 일정한 출력 임피던스(RS)를 가집니다. 경우에 따라 드라이버의 출력을 트레이스의 특성 임피던스와 일치시키기 위해 드라이버 끝에 직렬 저항을 추가해야 할 수도 있습니다. 이미지에서 보여지는 전형적인 특성 임피던스는 50 옴이며, 쌍의 먼 끝에 있는 수신기의 병렬 종단 저항(RD)이 표시됩니다. RP와 RN은 각 트레이스에 대한 테브난 구성에서의 풀업 및 풀다운 저항이며, 이는 필요에 따라 활성-높음 및 활성-낮음 신호를 변환하는 데 사용됩니다(수신기 끝에서만) 수신기에서 볼 수 있는 차동 전압을 스텝업/스텝다운합니다. 직렬 커패시터를 통해 DC 차단을 제공할 수 있으며, 이는 CML 수신기에 인터페이스할 때 중요해집니다.

특정한 차동 신호 변환 쌍을 살펴보기 전에 위 그래픽에 대해 깨달아야 할 중요한 점이 있습니다; 상류 신호를 더 높은 신호 수준으로 변환할 수는 없습니다. 하류 전원 공급원이 더 높은 전압을 공급하지 않는 한. 드라이버와 수신기 끝에 스텝업 또는 스텝다운 저항을 추가하여 신호 수준을 호환되게 만들어야 할 수도 있습니다.

아래 이미지는 LVDS에서 LVPECL로의 변환 예시 몇 가지를 보여줍니다. LVPECL에서 CML로의 변환을 위한 DC 차단 커패시터를 포함한 또 다른 변환 예시도 보여줍니다. LVDS/LVPECL 전환의 경우, 종단 저항이 드라이버의 입력에 통합될 수 있으므로 입력에 종단 저항이 필요한지 확인하기 위해 구성 요소 데이터시트를 반드시 확인하세요. LVPECL/CML 변환의 경우, 직렬 커패시터는 고역 통과 필터처럼 크기를 조정해야 하지만, 수신기의 입력 용량에 주의를 기울여야 합니다.

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다른 레벨(예: 3.3 V LVPECL에서 LVDS로) 사이의 단계를 포함하는 다른 전환은 소스에서 풀업 및 풀다운 저항을 필요로 할 수 있습니다. 설계 조언을 위해 애플리케이션 노트를 일반적으로 추천하지는 않지만, ON Semiconductor에서 제공하는 이 애플리케이션 노트에는 이러한 네트워크에서 구성 요소 값들을 계산하는 방법을 보여주는 유용한 예시들이 많이 있습니다. 그런 다음 이러한 계산을 귀하의 설계에 복제하여 신호 변환을 위해 사용할 수 있습니다.

차동에서 단일 종단으로의 변환은 어떨까요?

차동 신호를 단일 종단 신호로 수신하거나 단일 종단 출력을 차동 신호로 전송해야 하는 경우 몇 가지 옵션이 있습니다. 차동 신호를 수신하여 단일 종단으로 해석하는 경우, FPGA는 입력을 단일 종단 신호로 읽을 수 있는 필요한 수준으로 변환할 설정을 가지고 있습니다. FPGA를 사용하지 않고 단순히 물리적 계층을 통해 전송해야 하는 경우, 단위 이득과 높은 대역폭을 가진 증폭기를 사용하는 것이 좋습니다. 즉, 높은 이득-대역폭 곱을 가진 증폭기 IC를 찾아 필요한 단일 종단 신호 수준을 생성할 수 있는 이득 값으로 설정하십시오. 오피앰프 회로를 사용할 때와 마찬가지입니다.

특정 차동 및 단일 종단 논리 패밀리 간에 변환하는 경우(예: LVDS에서 LVTTL/LVCMOS로), 변환기 IC를 사용할 수 있습니다. MC100EPT21(ON Semiconductor)은 이러한 구성 요소의 한 예입니다. 반대 방향으로 전환해야 하는 경우, 원하는 논리 패밀리를 지원하는 단일 종단에서 차동 변환기를 사용할 수 있습니다. 85320I(Renesas)는 단일 종단에서 차동 변환기의 한 예입니다.

이러한 유형의 단일 종단에서 차동 변환은 물리적 연결을 통해 단일 종단 신호를 차동 신호로 전송하고자 할 때 유용합니다. 이는 소음이 많은 환경에서 보드 간 케이블 연결을 위한 하나의 옵션으로, 일반적으로 케이블을 통해 여러 개의 접지선을 라우팅해야 하는 상황에 사용됩니다. 와이어 수를 늘리고 차동 신호를 전송하는 것은 보드에 핀 헤더나 핀-앤-소켓 커넥터를 위한 약간의 추가 공간을 차지할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 수신기에서 높은 공통 모드 제거 비율을 가질 수 있습니다.

단일 종단 출력을 가진 보드 간의 연결을 해야 한다면, 내 신호의 대역 가장자리까지 일관된 임피던스를 가진 커넥터를 찾을 것입니다. 차동 신호를 위해 설계된 일부 커넥터는 최대 데이터 전송 속도 측면에서 평가되며, 주파수로는 평가되지 않습니다. 보드 간 엣지 커넥터와 표준 폼 팩터 및 높은 데이터 속도를 지원하는 핀-인-소켓(예: PCIe)이 시장에 있습니다. 레이아웃에서 어떤 경로를 선택하든, 이를 가능하게 하기 위해 올바른 스키마틱 디자인 도구와 PCB CAD 도구가 필요할 것입니다.

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