Conversões de LVDS para LVPECL, CML e Single-Ended

Muitos periféricos de computador, canais SerDes e sistemas de telecomunicações usam LVDS, mas há momentos em que você pode precisar se interfacear com outro padrão de sinalização. Alguns exemplos incluem interfaces entre componentes que usam LVDS para LVPECL, CML e HSTL. Em outros casos, você pode querer converter entre sinais de extremidade única e diferenciais, e alguns componentes têm configurações que suportarão esse tipo de tradução.

Se você precisa criar esse tipo de tradução entre padrões de sinal, precisará projetar a rede certa de correspondência de impedância. Isso geralmente é tão simples quanto uma rede de acoplamento DC ou AC em série ou paralela, mas a terminação de Thevenin pode ser necessária em outras situações. Você precisará usar um CI tradutor específico ou um amplificador com um alto produto ganho-largura de banda para traduções entre sinais de extremidade única e diferenciais. Aqui está como você pode realizar essas conversões de sinalização em aplicações especializadas.

Traduzindo LVDS para LVPECL, CML ou Outro Padrão Diferencial

O objetivo em qualquer tradução entre famílias lógicas diferenciais é a correspondência de impedância em toda a largura de banda do sinal. Isso pode ser difícil se você precisar compensar a dispersão, mas a dispersão tende a se aplanar em larguras de banda de sinal altas. A imagem abaixo mostra uma interconexão diferencial de alta velocidade geral entre dois componentes diferenciais.

O driver possui alguma impedância de saída (RS) para cada traço no par. Em alguns casos, você precisará adicionar resistores em série na extremidade do driver para combinar a saída do driver com a impedância característica dos traços. A impedância característica típica de 50 Ohms é mostrada na imagem, e a resistência de terminação paralela do receptor (RD) é mostrada na extremidade distante do par. RP e RN são resistores de pull-up e pull-down na configuração de Thevenin para cada traço; estes são usados para converter sinais ativos-ALTO e ativos-BAIXO conforme necessário (apenas na extremidade do receptor) para aumentar/diminuir a tensão diferencial vista no receptor. O bloqueio de CC pode ser fornecido por capacitores em série, o que se torna importante ao interagir com um receptor CML.

Antes de olhar para alguns pares específicos de traduções de sinalização diferencial, há algo importante a perceber sobre o gráfico acima; você não pode converter um sinal de montante para um nível de sinal mais alto, a menos que haja uma fonte de energia a jusante que forneça uma tensão mais alta. Você pode precisar adicionar resistores de aumento ou redução nas extremidades do driver e do receptor para tornar os níveis de sinal compatíveis.

A imagem abaixo mostra alguns exemplos envolvendo traduções de LVDS para LVPECL. Outra tradução envolvendo capacitores de bloqueio DC é mostrada para LVPECL para CML. Note que, para as transições LVDS/LVPECL, o resistor de terminação pode ser integrado à entrada do driver; certifique-se de verificar as folhas de dados dos seus componentes para ver se um resistor de terminação é necessário na entrada. Para a tradução LVPECL/CML, os capacitores em série devem ser dimensionados como um filtro passa-alta, embora preste atenção à capacitância de entrada no receptor.

Outras transições envolvendo etapas entre diferentes níveis (por exemplo, 3,3 V LVPECL para LVDS) podem envolver resistores de pull-up e pull-down na fonte. Normalmente, não recomendo notas de aplicação para conselhos de design, mas esta nota de aplicação da ON Semiconductor tem vários exemplos úteis mostrando como calcular os valores dos componentes nessas redes. Você pode então replicar os cálculos em seus designs para suas traduções de sinalização.

O Que Sobre Traduções de Diferencial para Single-ended?

Se você precisa receber um sinal diferencial como um sinal de extremidade única em um receptor ou transmitir uma saída de extremidade única como um sinal diferencial, você tem algumas opções. Para receber sinais diferenciais e interpretá-los como de extremidade única, os FPGAs têm configurações que traduzirão a entrada para o nível necessário para ser lido como um sinal de extremidade única. Se você não está trabalhando com um FPGA e simplesmente precisa transmitir por alguma camada física, é melhor usar um amplificador com ganho unitário e alta largura de banda. Em outras palavras, encontre um CI de amplificador que tenha um alto produto ganho-largura de banda e ajuste o ganho para o valor que produzirá o nível de sinal de extremidade única de que você precisa, assim como faria com um circuito de op-amp.

Se você está traduzindo entre famílias lógicas diferencial e de extremidade única específicas (por exemplo, LVDS para LVTTL/LVCMOS), você pode usar um CI tradutor. O MC100EPT21 (ON Semiconductor) é um exemplo de tal componente. Se você precisa ir na direção oposta, pode usar um tradutor de extremidade única para diferencial que suporte sua família lógica desejada. O 85320I (Renesas) é um exemplo de um tradutor de extremidade única para diferencial.

Este tipo de conversão de sinal único para diferencial é útil se você deseja transmitir um sinal de extremidade única por uma conexão física como um sinal diferencial. Esta é uma opção para conexões de cabo de placa para placa em ambientes ruidosos onde normalmente seria necessário rotear múltiplas linhas de terra através de um cabo. Aumentar a contagem de fios e transmitir sinais diferenciais pode ocupar um pouco mais de espaço na placa para um conector de cabeçalho de pinos ou conector de pinos e soquetes. Ainda assim, você terá uma alta taxa de rejeição de modo comum no receptor.

Se eu precisasse fazer esse tipo de conexão entre placas com uma saída de extremidade única, eu procuraria por um conector com impedância consistentemente avaliada até a borda da banda para o meu sinal. Alguns conectores projetados para sinalização diferencial são avaliados em termos de taxa máxima de transferência de dados, não como uma frequência. Conectores de borda de placa com placa e pinos em soquete com fator de forma padrão e altas taxas de dados (por exemplo, PCIe) estão disponíveis no mercado. Independentemente da opção que você escolher para o seu layout, você precisará das ferramentas certas de design esquemático e ferramentas CAD de PCB para torná-lo possível.

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