高速电路（PECL、LVECL、CML、LVDS）接口原理与应用前言z随着高速数据传输业务需求的增加，如何高质量的解决高速IC芯片间的互连变得越来越重要。低功耗及优异的噪声性能是有待解决的主要问题。z我们需要了解每一种接口标准的输入输出电路结构，由此可以知道如何进行直流偏置和终端匹配。z本讲座主要介绍高速通信系统中PECL、LVPECL、CML和LVDS的输入输出电路结构，它们的接口要求。ECL电路zTTL电路已经无法适应越来越高的工作速率，最先由Motorola公司提出ECL标准zECL电路（即发射极耦合逻辑电路）是一种非饱和型的数字逻辑电路，电路内晶体管工作在线性区或截止区，速度不受少数载流子的存储时间的限制，所以它是现有各种逻辑电路中速度最快的一种ECL电路,能满足高达10Gbps工作速率ECL电路实例OUT+OUT-VccECL线接收器R1R7R3Q6Q1Q2R4VbbIN+OUT+Q7D1IN-OUT-Q3Q4D2Q5R2R5R6VeeIN-IN+ECL电路原理zECL线接收器电路由三部分组成：z1.晶体三极管Q3、Q4、Q5组成差分放大器，这是电路的核心，差分放大器只能工作在线性放大区和截止区，才能得到高速率的性能。z其中Q5组成恒流源，它具有很大的交流等效电阻，远大于集电极R1、R7，因此具有很强的直流负反馈，同时起到“发射极耦合”作用。z2.Q1、Q2是发射极跟随器输出电路，它的作用是：a.电平位移，使输出的共模电平与下一级电路的输入共模电平(Vcc-1.3V)相匹配；b.作为输出驱动即缓冲级，提供电流放大和低输出阻抗。z3.Q6、Q7和二极管D1、D2组成带温度补偿的偏置电源（参考源），它使差分放大器可靠地工作在线性放大区zVbb即等于输入、输出的共模电平，Vbb=Vcc-1.3V。z注意！A.ECL电路的输入端不一定有内部偏置；B.ECL电路一定是射极开路输出的。ECL电路特点1.核心部分是差分放大器，有利于提高工作速率；差分放大器作为“电流开关”，工作在放大区或截止区。2.电路内工作时电压摆幅小（单端最大850mV，速率越高摆幅更小，最小500mV左右），要求晶体管工作点稳定性好。3.输入和输出端的共模电压都是Vcc-1.3V，在电源电压相同时，可以把PECL电路的输入端和输出端直接相连，有利于简化电路，减少芯片外围元件。4.PECL电路输入端必须建立偏置电压：Vcc-1.3V，空闲的输入端不能浮空，必须有同样的偏置电压；有些芯片提供Vbb（Vcc-1.3V）输出，可以很方便地用于输入端偏置。Vbb（或Vref）引脚要接去耦电容。5.PECL电路通常有多个Vcc引出端，在每个Vcc引脚旁都要加去耦电容，以保证电路在高频下正常工作。6.功耗大，为此输出射随器的负载电阻只得外接。ECL电路的优点z速度快晶体管工作时不进入饱和状态，只工作在线性区和截止区，没有少数载流子的存储现象，开关时间大为缩短；集电结电容大大减小，RC时间常数也相应减小，电路的传输延迟时间就很短；电路的逻辑电平摆幅小（单端小于850mV），在动态转换过程中各个结上的电压变化对结电容（包括寄生电容）的充放电时间很短。z逻辑功能强z扇出能力强输入阻抗高（>10KΩ），输出阻抗低（约3～7Ω），因此它的直流扇出负载数可以高达92。z噪声低差分电路两臂交替工作，电源总电流基本恒定，电流尖峰很小；电压摆幅小，并且采用差分对或传输线传输信号，对外串扰和受外界干扰都减小了。z便于数据传输ECL电路的缺点ECL电路的主要缺点：ECL电路的直流功耗大，实际上，工作速率的提高是以牺牲功耗为代价换取来的。PECL电路zPECL由ECL标准发展而来，在PECL电路中省去了负电源，较ECL电路更便于使用。PECL信号的摆幅相对ECL要小，这使得该逻辑更适合于高速数据的串行或并行连接，由于ECL电路是采用-5.2V电源供电，Vcc是接地的，这样做虽有一些优点，但负电源还是很麻烦。zPECL由ECL标准发展而来，采用+5V供电，可以和系统内其他电路共用一个正电源供电。PECL信号的摆幅相对ECL要略小些。PECL电路接口输出结构PECL电路接口输入结构PECL输入和输出规格在+5.0V和+3.3V供电系统中，PECL接口均适用，+3.3V供电系统的PECL即LVPECL。PECL电路的输入输出接口z保证电路输入和输出有正确的偏置，这是最重要的。如果芯片电路内部的输入端没有偏置电路，则必须在外部为