Преобразования LVDS в LVPECL, CML и однополярные сигналы

Многие компьютерные периферийные устройства, каналы SerDes и телекоммуникационные системы используют LVDS, но бывают случаи, когда вам может потребоваться взаимодействие с другим стандартом сигналов. Например, интерфейсы между компонентами, использующими LVDS для LVPECL, CML и HSTL. В других случаях вы можете захотеть преобразовать однополярные сигналы в дифференциальные и наоборот, и некоторые компоненты имеют настройки, поддерживающие этот тип преобразования.

Если вам нужно создать такое преобразование между стандартами сигналов, вам потребуется спроектировать подходящую сеть согласования импедансов. Обычно это достаточно просто сделать с помощью последовательной или параллельной сети постоянного или переменного тока, но в некоторых случаях может потребоваться терминирование по Тевенину. Для преобразования между однополярными и дифференциальными сигналами вам потребуется использовать специальный транслятор IC или усилитель с высоким произведением коэффициента усиления на полосу пропускания. Вот как вы можете выполнить эти преобразования сигналов в специализированных приложениях.

Преобразование LVDS в LVPECL, CML или другой дифференциальный стандарт

Цель любого преобразования между дифференциальными логическими семействами - согласование импедансов на протяжении всей полосы пропускания сигнала. Это может быть сложно, если вам нужно компенсировать дисперсию, но дисперсия, как правило, уменьшается на высоких полосах пропускания сигнала. Ниже приведено изображение общего высокоскоростного дифференциального соединения между двумя дифференциальными компонентами.

Драйвер имеет некоторое выходное сопротивление (RS) для каждой дорожки в паре. В некоторых случаях вам может потребоваться добавить последовательные резисторы на стороне драйвера, чтобы согласовать выходное сопротивление драйвера с характеристическим сопротивлением дорожек. Типичное характеристическое сопротивление 50 Ом показано на изображении, а параллельное сопротивление приемника (RD) показано на дальнем конце пары. RP и RN - это подтягивающие и опускающие резисторы в конфигурации Тевенина для каждой дорожки; они используются для преобразования сигналов активного-ВЫСОКОГО и активного-НИЗКОГО по мере необходимости (только на стороне приемника) для увеличения/уменьшения дифференциального напряжения, видимого на приемнике. Блокировка постоянного тока может быть обеспечена последовательными конденсаторами, что становится важным при интерфейсе с приемником CML.

Прежде чем рассматривать некоторые конкретные пары переводов дифференциальных сигналов, важно осознать следующее относительно приведенной выше графики; вы не можете преобразовать входящий сигнал в сигнал более высокого уровня, если нет источника питания ниже по течению, который обеспечивает более высокое напряжение. Вам может потребоваться добавить резисторы для повышения или понижения на концах драйвера и приемника, чтобы сделать уровни сигналов совместимыми.

На изображении ниже показано несколько примеров, связанных с переводом LVDS в LVPECL. Другой перевод, связанный с блокирующими постоянного тока конденсаторами, показан для перехода от LVPECL к CML. Обратите внимание, что для переходов LVDS/LVPECL резистор завершения может быть интегрирован во вход драйвера; обязательно проверьте технические описания ваших компонентов, чтобы узнать, требуется ли резистор завершения на входе. Для перевода LVPECL/CML последовательные конденсаторы следует подбирать как для высокочастотного фильтра, хотя обратите внимание на входную емкость на приемнике.

Другие переходы, включающие шаги между разными уровнями (например, с 3,3 V LVPECL на LVDS), могут включать подтягивающие и опускающие резисторы на источнике. Я обычно не рекомендую применять технические заметки в качестве советов по проектированию, но эта техническая заметка от ON Semiconductor содержит множество полезных примеров, показывающих, как рассчитать значения компонентов в этих сетях. Затем вы можете воспроизвести эти расчеты в своих проектах для ваших переводов сигналов.

Что насчет перевода дифференциальных сигналов в однополярные?

Если вам необходимо принять дифференциальный сигнал как однополярный на приемнике или передать однополярный выход как дифференциальный сигнал, у вас есть несколько вариантов. Для приема дифференциальных сигналов и их интерпретации как однополярных, FPGA имеют настройки, которые будут преобразовывать входной сигнал в требуемый уровень для чтения как однополярного сигнала. Если вы не работаете с FPGA и вам просто нужно передать сигнал через какой-либо физический уровень, лучше использовать усилитель с единичным усилением и высокой пропускной способностью. Другими словами, найдите микросхему усилителя, которая имеет высокий произведение коэффициента усиления на полосу пропускания, и установите коэффициент усиления на значение, которое будет производить уровень однополярного сигнала, который вам нужен, так же, как вы бы сделали это с схемой операционного усилителя.

Если вы переводите между конкретными дифференциальными и однополярными логическими семействами (например, LVDS в LVTTL/LVCMOS), вы можете использовать микросхему-переводчик. MC100EPT21 (ON Semiconductor) является одним из примеров такого компонента. Если вам нужно сделать перевод в обратном направлении, вы можете использовать переводчик с однополярного на дифференциальный, который поддерживает желаемое логическое семейство. 85320I (Renesas) является одним из примеров переводчика с однополярного на дифференциальный.

Этот тип преобразования с однополярного на дифференциальный полезен, если вы хотите передать однополярный сигнал по физическому соединению как дифференциальный сигнал. Это один из вариантов для соединений кабеля между платами в шумных условиях, где обычно приходится прокладывать несколько земляных линий через кабель. Увеличение количества проводов и передача дифференциальных сигналов может занять некоторое дополнительное место на плате для штыревого разъема или разъема с штырьками и гнездами. Тем не менее, вы получите высокое отношение подавления общего режима на приемнике.

Если бы мне нужно было сделать такое соединение между платами с однополярным выходом, я бы искал разъем с постоянно рейтинговым импедансом до края полосы для моего сигнала. Некоторые разъемы, предназначенные для дифференциальной передачи сигналов, рейтингуются с точки зрения максимальной скорости передачи данных, а не как частота. На рынке доступны краевые соединители между платами и разъемы с штырьками в гнезда со стандартным форм-фактором и высокими скоростями передачи данных (например, PCIe). Независимо от того, какой путь вы выберете в своей компоновке, вам понадобятся подходящие инструменты для разработки схем и инструменты CAD для печатных плат, чтобы сделать это возможным.

Функции проектирования схем и моделирования в Altium Designer® идеально подходят для разработки преобразований между высокоскоростными интерфейсами, включая LVDS в LVPECL или другие приемники. Поиск компонентов производителя предоставляет вам доступ к символам и посадочным местам для ваших компонентов, и вы можете назначить модели для моделирования вашим высокоскоростным частям на схеме. Интегрированный инструмент захвата схем в Altium Designer мгновенно импортирует компоненты в пустую компоновку, так что вы можете начать размещение и трассировку.

Altium Designer на Altium 365 обеспечивает беспрецедентный уровень интеграции для электронной промышленности, который до сих пор был ограничен миром разработки программного обеспечения, позволяя дизайнерам работать из дома и достигать беспрецедентных уровней эффективности.

Мы только начали раскрывать возможности использования Altium Designer на Altium 365. Вы можете посетить страницу продукта для более подробного описания функций или один из Вебинаров по запросу.