二，差分邏輯電平匹配

差分邏輯電平之間的匹配，主要應(yīng)用于時(shí)鐘和高速信號(hào)。通過(guò)之前章節(jié)關(guān)于差分邏輯電平的電路結(jié)構(gòu)分析，為保證差分信號(hào)輸出與輸入的匹配，則要滿足如下幾個(gè)條件：

1. 對(duì)于輸出端來(lái)說(shuō)，要保證從輸出±端的回流通路（電流模式）；
2. 對(duì)于輸入端來(lái)說(shuō)，要保證輸入共模電壓和差分?jǐn)[幅（差模電壓）滿足輸入端要求（如下圖所示）；

3. 對(duì)于傳輸線來(lái)說(shuō)，要保證傳輸線阻抗匹配（終端并聯(lián)），保證信號(hào)傳輸質(zhì)量。

LVPECL，LVDS，HSTL以及CML差分邏輯電平之間的輸出和輸入判斷電平如下圖所示。

1，LVPECL驅(qū)動(dòng)輸出

LVPECL電路邏輯輸出必須要有對(duì)地直流偏置通路，作為其共模輸出電壓。

1.1 LVPECL to LVPECL

LVPECL直流耦合輸出的兩種匹配電路如下圖所示。

1. 左下圖中終端上下來(lái)電阻用于阻抗匹配和共模電壓設(shè)置：

1, 終端上下拉電阻（83Ω和130Ω）用于傳輸線阻抗匹配： 83//130 = 50Ω；

2, 直流耦合方式中終端匹配接至Vcc-2V偏置電壓，達(dá)到Vcc-1.3V = 2V的共模輸入電壓要求（具體原因請(qǐng)參考《ECL電平》章節(jié)相關(guān)內(nèi)容）。

2. 右下圖中終端匹配電阻網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，此方案相比于第一個(gè)方案節(jié)省了一個(gè)電阻。

LVPECL交流耦合輸出的兩種匹配電路如下圖所示。

1. 左下圖中輸出端采用150Ω下拉，終端上下來(lái)電阻用于阻抗匹配和共模電壓設(shè)置：

1, 終端上下拉電阻（83Ω和130Ω）用于傳輸線阻抗匹配：83//130 = 50Ω；并提供LVPECL共模輸入電壓：Vcc -1.3V = 2V；

2, 150Ω下拉電阻用于提供LVPECL輸出直流偏置，以及為輸出電流提供直流電流路徑。

——細(xì)心的胖友們應(yīng)該還記得，在《ECL電平》章節(jié)中推薦設(shè)計(jì)的終端上下拉電阻以及輸出端下拉電阻阻值與本章計(jì)算的電阻值有所不同，這主要是跟器件本身相關(guān)，后續(xù)遇到LVPECL相關(guān)設(shè)計(jì)，需要根據(jù)器件資料的推薦進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2. 右下圖中終端匹配電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，帶電容的終端匹配網(wǎng)絡(luò)主要用于：消除差分信號(hào)抖動(dòng)導(dǎo)致的共模噪聲；VBB一般在接收端器件內(nèi)部提供。

1.2 LVPECL to LVDS

LVPECL直流耦合LVDS，如下左圖所示，當(dāng)LVPECL輸出對(duì)于LVDS輸入端電壓太高時(shí)，通常需要33Ω串聯(lián)電阻用于減小輸入電壓范圍；但大多數(shù)LVDS接收機(jī)能夠接收LVPECL信號(hào)，不需要在LVDS輸入端對(duì)LVPECL信號(hào)進(jìn)行衰減，因?yàn)長(zhǎng)VDS輸入端的共模范圍很寬。

LVPECL交流耦合LVDS，如下圖所示；在交流耦合時(shí)LVPECL輸出端的150Ω下拉電阻還是需要的，它為輸出端提供了直流偏置通路；終端100Ω差分阻抗匹配電阻，用于提供足夠的信號(hào)擺幅來(lái)驅(qū)動(dòng)LVDS輸入端，兩個(gè)10kΩ電阻將LVDS共模輸入電壓設(shè)置為1.65V，在LVDS接收機(jī)共模電壓范圍內(nèi)。

——很多LVDS輸入端已經(jīng)集成了100Ω電阻，那么外部的100Ω電阻可以去掉。

1.3 LVPECL to CML

如下左圖所示為直流耦合電路，為了匹配CML的輸入，需要做復(fù)雜的電路匹配設(shè)計(jì)；所以交流耦合設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔、方便，推薦使用交流耦合匹配的方式。交流耦合LVPECL在輸出端設(shè)計(jì)150Ω下拉電阻，用于提供直流偏置回路；LVPECL輸出擺幅是750mv而CML要求輸入擺幅是400mV（68%），那么如下圖所示需要進(jìn)行分壓：50/(50+23) = 0.68，所以串聯(lián)電阻Ra = 23Ω，實(shí)際設(shè)計(jì)選擇Ra = 25Ω。

1.4 LVPECL to HCSL

如下圖所示，在LVPECL交流耦合HSCL，輸出端150Ω電阻下拉提供直流偏置；為了將800mV的LVPECL擺幅衰減到700mV的HCSL擺幅時(shí)，必須在150Ω電阻之后放置一個(gè)衰減電阻（Ra =8Ω）；HCSL輸入端需要重新偏置，可以通過(guò)將470Ω電阻連接3.3V和56Ω電阻到GND上來(lái)實(shí)現(xiàn)HCSL輸入端350 mV的共模偏置電壓。

2，LVDS驅(qū)動(dòng)輸出

2.1 LVDS to LVPECL

如下圖所示，LVDS輸出直流耦合LVPECL輸入，83Ω與130Ω并聯(lián)匹配提供LVPECL輸入共模電壓：2V；同時(shí)提供了差分線的阻抗匹配：83Ω//130Ω = 50Ω。

如下圖為交流耦合匹配電路，LVDS輸出端不需要提供直流偏置回路，所以我們只需設(shè)計(jì)LVPECL輸入端的共模偏置電壓（Vcc – 1.3V = 2V），和終端阻抗匹配（差分：100Ω，單端：50Ω）。

2.2 LVDS to LVDS

LVDS輸出直流耦合LVDS輸入，如下圖所示；電路匹配非常簡(jiǎn)單，只需在終端跨接100Ω電阻，如果輸入端已集成100Ω終端電阻，那么可以去掉外部電阻；共模偏置電壓直接由輸出端提供。

LVDS輸出交流耦合LVDS輸入，同樣只需要跨接100Ω作為終端端接；但此時(shí)輸入端共模偏置電壓需要外部提供，具體如下圖所示。如果器件內(nèi)部集成了100Ω終端電阻以及內(nèi)部偏置，那么交流耦合直連即可，具體需要看器件規(guī)格書，再?zèng)Q定采用直流還是交流耦合更加方便。

2.3 LVDS to CML

大多數(shù)CML接收器有片上終端匹配（100Ω），不需要額外電阻。而且只有當(dāng)CML輸入端不提供偏置電壓時(shí)，才需要兩個(gè)10KΩ電阻。但這些都需要根據(jù)實(shí)際的器件規(guī)格書來(lái)確定具體的匹配方式。

3，CML驅(qū)動(dòng)輸出

3.1 CML to LVPECL

如下圖所示，CML輸出到LVPECL輸入一般推薦使用交流耦合的方式；50Ω上拉電阻用于CML輸出的直流偏置，并提供一個(gè)源端匹配（這個(gè)50Ω電阻本來(lái)是在CML輸入端上拉的，需要外部匹配，具體參考《LVDS&CML 電平》相關(guān)章節(jié)內(nèi)容）；如下左圖所示，LVPECL輸入端器件內(nèi)置了匹配電路。

如下右圖交流耦合匹配電路，R1應(yīng)大于50Ω以防止CML輸出損耗和PCB損耗過(guò)大，無(wú)法滿足LVPECL輸入端的最小差分輸入電壓擺幅要求。

3.2 CML to LVDS

一般來(lái)說(shuō)CML輸出到LVDS輸入，建議采用AC耦合的方式；原理同上，輸出端需要50Ω上拉電阻已提供CML輸出直流偏置和匹配；LVDS輸入端則需提供共模偏置電壓和100Ω電阻以提供差模電壓擺幅。如果輸入端LVDS已經(jīng)集成了100Ω電阻和共模偏置電壓，那么可以直接通過(guò)交流耦合接至輸入端。

3.3 CML to CML

如果CML輸出端和接收端都有相同的VCC電源電壓和片上上拉電阻（50Ω），那么可以直接連接，無(wú)需外部元件；如果輸出端不提供一個(gè)內(nèi)部50Ω的上拉電阻，那么50Ω上拉電阻需要放置在輸出端或接收端。而對(duì)于交流耦合方式，如下右圖所示；只有當(dāng)CML接收端不提供共模偏置電壓，才需要兩個(gè)10kΩ的電阻。匹配連接的方式需具體根據(jù)器件規(guī)格書再確定。

4，HCSL驅(qū)動(dòng)輸出

3.1 HCSL to LVDS

如下圖所示， HCSL輸出端電流在0和14mA之間切換：當(dāng)一個(gè)輸出管腳為低電平（0）時(shí)，另一個(gè)為高電平（驅(qū)動(dòng)14mA）。HCSL驅(qū)動(dòng)器的等效負(fù)載電阻為43Ω，與50Ω阻抗并聯(lián)后相當(dāng)于23.11Ω，計(jì)算可得LVDS輸入的擺幅為14mA * 23.11Ω= 323mV。LVDS輸入需要重新偏置，可以通過(guò)將一個(gè)8.7KΩ電阻連接到3.3V和5KΩ電阻連接到GND來(lái)實(shí)現(xiàn)LVDS接收器輸入共模的1.2V 直流電平；如果LVDS接收器差分輸入端上已內(nèi)置100Ω電阻和共模偏置電壓，則不需要外部100Ω電阻和共模偏置電阻。

寫在最后

電平匹配設(shè)計(jì)并不是一成不變的，首先需要根據(jù)器件規(guī)格書從理論上對(duì)輸出端和輸入端的電路結(jié)構(gòu)，高電平范圍，擺幅等進(jìn)行理論分析；然后進(jìn)行電路匹配的設(shè)計(jì)，一般交流耦合更加簡(jiǎn)單方便（除非是相同電平標(biāo)準(zhǔn)，而且輸出與輸入規(guī)格相匹配的情況）；最后單板回來(lái)后需要進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，確定匹配設(shè)計(jì)能夠滿足輸入端的信號(hào)質(zhì)量要求。