Перейти к содержанию

LVPECL

Тактовые генераторы и буферы для гигабитных интерфейсов часто выдают не LVDS, а LVPECL. У этого выхода быстрые симметричные фронты, но он требует особой нагрузки — без неё сигнала просто не будет.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

LVPECL (Low-Voltage Positive Emitter-Coupled Logic) — дифференциальная логика, потомок эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ, ECL), работающая от положительного питания 3,3 В. ЭСЛ появилась в 1960-х годах и питалась от 0 и −5,2 В; несовместимость с другими семействами привела к варианту от положительного питания — PECL, а затем к низковольтному LVPECL (TI SNLA187, разд. 1.4). Сегодня LVPECL — типичный выход тактовых генераторов и буферов для гигабитных интерфейсов.

Как устроен выход

Выход ЭСЛ — эмиттерный повторитель с малым выходным сопротивлением; он выдаёт обычно 700–800 мВ. Транзисторы выходного каскада работают в активном режиме и не входят в насыщение, поэтому фронты получаются очень быстрыми и симметричными. По таблице TI LVPECL, как и CML, работает на скорости больше 10 Гбит/с с размахом ±800 мВ, но потребляет больше: от среднего до большого против малого у LVDS (SNLA187, табл. 1-1 и разд. 1.4).

Эмиттерный повторитель умеет только тянуть линию вверх. Вниз её тянет внешняя нагрузка, и без терминации выход LVPECL не работает.

Терминация

ЭСЛ, PECL и LVPECL требуют нагрузки 50 Ом на шину терминации, которая примерно на 2 В ниже самого положительного питания (SNLA187, разд. 1.4). Для 3,3 В это около 1,3 В. Варианты:

  • Отдельная шина VCC − 2 В с резисторами 50 Ом на каждый провод пары — точно, но нужен ещё один источник.
  • Делитель по Тевенину: на каждый провод пара резисторов 82 и 130 Ом. Их параллельное сопротивление — около 50 Ом, а если 130 Ом стоит к питанию 3,3 В, а 82 Ом — к земле, делитель даёт около 1,28 В (наш расчёт), то есть эквивалентен нагрузке 50 Ом на VCC − 2 В. На рис. 1-5 SNLA187 те же номиналы стоят наоборот — 82 Ом к питанию и 130 Ом к земле: при питании 5 В это даёт около 3,07 В, то есть VCC − 2 В для PECL (наш расчёт). При 3,3 В резисторы меняют местами. Это частный случай параллельного согласования по Тевенину.

Терминация потребляет постоянный ток, и это одна из причин большого потребления LVPECL; TI называет среди недостатков и необходимость отдельной шины терминации (разд. 1.4).

Где применяют

TI резюмирует: LVPECL потребляет больше, но поддерживает очень высокие скорости с отличным джиттером (SNLA187, разд. 2.5). Поэтому его ставят там, где важны крутые чистые фронты: опорные такты трансиверов, распределение тактовых сигналов, быстрые АЦП и ЦАП. LVPECL, CML и LVDS часто соседствуют на одной плате; соединяют их через разделительные конденсаторы или согласующие сети, сверяя уровни по даташитам. Общие свойства дифференциальной передачи — в статье «Дифференциальная передача».

Частые вопросы

Почему выходу LVPECL обязательно нужна нагрузка?

Его выход — эмиттерный повторитель: транзистор умеет только тянуть вверх, а вниз линию тянет внешний резистор. Без нагрузки 50 Ом на напряжение примерно на 2 В ниже питания выход не опускается, и сигнала нет. Поэтому у LVPECL всегда есть терминация — отдельная шина VCC − 2 В или делитель, который её заменяет.

Откуда берутся резисторы 82 и 130 Ом?

Это делитель по Тевенину, который заменяет нагрузку 50 Ом на шину VCC − 2 В без отдельного источника. Параллельно 82 и 130 Ом дают около 50 Ом, а при 130 Ом к питанию 3,3 В и 82 Ом к земле делитель задаёт около 1,28 В, то есть примерно VCC − 2 В (наш расчёт). На рис. 1-5 TI SNLA187 номиналы стоят наоборот — 82 Ом к питанию, 130 Ом к земле: это вариант для PECL от 5 В.

Что лучше для тактового сигнала: LVPECL или LVDS?

Зависит от требований. TI отмечает, что LVPECL даёт очень высокие скорости с отличным джиттером, но потребляет больше и требует терминации. LVDS экономнее и проще, но медленнее. Выбор делают по требованиям к джиттеру из даташита приёмника такта и по бюджету потребления.

Источники

  1. Texas Instruments. LVDS Owner's Manual: Including High-Speed CML and Signal Conditioning, 4th Edition (SNLA187, 2008) — табл. 1-1: LVPECL — без отраслевого стандарта, больше 10 Гбит/с, ±800 мВ, потребление от среднего до большого; разд. 1.4: LVPECL и PECL — потомки ЭСЛ 1960-х годов с питанием от 0 до −5,2 В; ЭСЛ, PECL и LVPECL требуют нагрузки 50 Ом на шину терминации примерно на 2 В ниже самого положительного питания; выход — эмиттерный повторитель с малым выходным сопротивлением, 700–800 мВ, транзисторы не насыщаются, фронты быстрые и симметричные; достоинства — фронты и нагрузочная способность, недостатки — большое потребление и иногда отдельная шина терминации; рис. 1-5: типичная терминация — резисторы 82 Ом к питанию и 130 Ом к земле на каждый провод, дифференциальная линия 100 Ом; разд. 2.5: LVPECL потребляет больше, но даёт очень высокие скорости с отличным джиттером
  2. Texas Instruments. SNx5LVDS3xxxx High-Speed Differential Line Receivers: SN65LVDS32 (SLLS262R) — для сравнения: синфазный диапазон входа LVDS — от |VID|/2 до 2,4 В − |VID|/2

Нашли ошибку?

Смотрите также