CML、PECL 及LVDS 间的互相连接
王险峰 译 简介：
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要解决的主要问题。芯片间互连通常有三种接口：PECL （Positive Emitter-Coupled Logic）、LVDS（Low-Voltage Differential Signals）、CML （Current Mode Logic）。在设计高速数字系统时，人们常会遇到不同接口标准IC 芯片间的
连接，为解决这一问题，我们首先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，接什么样的负载。该文章正是针对该问题展开讨论，作为例子，文 中列举了一些MAXIM 公司的产品。 1. PECL接口
PEL 是有ECL标准发展而来，在PECL电路中省去了负电源，较ECL 电路更方便使用。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性或并行连接。PECL 标准最
初有MOTOROLA 公司提出，经过很长一段时间才在电子工业界推广开。 1.1. PECL接口输出结构
PECL 电路的输出结构如图1 所示，包含一个差分对和一对射随器。输出射随器工作在正电源范围内，其电流始终存在，这样有利于提高开关速度。标准的输出负载是接50Ω至VCC-2V 的电平上，如图1 中所示，在这种负载条件下，OUT+与OUT-的静态电平典型值为VCC-1.3V， OUT+与OUT-输出电流为14mA。PECL 结构的输出阻抗很低，典型值为4~ 5 Ω，这表明它有很
强的驱动能力，但当负载与PECL 的输出端之间有一段传输线时，低的阻抗造成的失配将导致
信号时域波形的振铃现象。
1.2. PECL接口输入结构
PECL 输入结构如图2 所示，它是一个具有高输入阻抗的差分对。该差分对共模输入电压 需偏置到VCC-1.3V，这样允许的输入信号电平动态最大。MAXIM 公司的PECL 接口有两种形式
的输入结构，一种是在芯片上已加有偏置电路，如MAX3867、MAX3675，另一种则需要外加
直
流偏置。
表一中给出了MAXIM 公司PECL 接口输入输出的具体电气指标。
在5V和3.3V供电系统中，PECL接口均适用，3.3V供电系统中的PECL常被称作低压PECL， 简写为LVPECL。
在使用PECL 电路时要注意加电源去耦电路，以免受噪声的干扰，同时输出采用交流还 是直流耦合对负载网络的形式将会提出不同的需求。 2. CML 接口
CML 是所有高速数据接口形式中最简单的一种，它的输入与输出是匹配好的，从而减少 了外围器件，也更适合于在高的频段工作。它所提供的信号摆幅较小，从而功耗更低。 2.1. CML接口输出结构
CML 接口的输出电路形式是一个差分对，该差分对的集电极电阻为50Ω，如图3 中所示， 输出信号的高低电平切换是靠共发射极差分对的开关控制的，差分对的发射极到地的恒流源 典型值为16mA，假定CML 输出负载为一50Ω上拉电阻，则单端CML 输出信号的摆幅为 Vcc~Vcc-0.4V。在这种情况下，差分输出信号摆幅为800mV，共模电压为Vcc-0.2V。若CML输
出采用交流耦合至50Ω负载，这时的直流阻抗有集电极电阻决定，为50Ω，CML 输出共模 电压变为Vcc-0.4V，差分信号摆幅仍为800mV。在交流和直流耦合情况下输出波形见图4。
2.2. CML接口输入结构
CML 输入结构有几个重要特点，这也使它在高速数据传输中成为常用的方式，如图5 所 示，MAXIM 公司的CML 输入阻抗为50Ω，容易使用。输入晶体管作为射随器，后面驱动一差
分放大器。
表二以MAX3831、MAX3832 为例列出了CML 器件的输入输出技术参数
注：MAXIM不同产品CML输入灵敏度不同，如MAX3875、MAX3876。
3. LVDS接口
LVDS 用于低压差分信号点到点的传输，该方式有三大优点，从而使得它更具有吸引力。 A) LVDS 传输的信号摆幅小，从而功耗低，一般差分线上电流不超过4mA，负载阻抗为100Ω。 这一特征使它适合做并行数据传输。B) LVDS 信号摆幅小，从而使得该结构可以在2.4V 的低
电压下工作。C) LVDS 输入单端信号电压可以从0V 到2.4V 变化，单端信号摆幅为400mV，这
样允许输入共模电压从0.2V 到2.2V范围内变化，也就是说LVDS 允许收发两端地电势有±1V 的落差。
3.1. LVDS接口输出结构
MAXIM 公司LVDS 输出结构在低功耗和速度方面做了优化，电路如图6 所示。电路差分输 出阻抗为100Ω，表三列出了其他一些指标。
3.2. LVDS接口输入结构
LVDS 输入结构如图7 所示，输入差分阻抗为100Ω，为适应共模电压宽范围内的变化， 输入级还包括一个自动电平调整电路，该电路将共模电压调整为一固定值，该电路后面是一
个SCHMITT触发器。SCHMITT 触发器为防止不稳定，设计有一定的回滞特性，SCHIMTT 后级是
差分放大器。
表三总结了MAXIM公司LVDS输入与输出技术指标（MAX3831，MAX3832，MAX3880，MAX3890， MAX3885）
表格3. LVDS输入与输出参数
4. 接口的连接
4.1. CML到CML的连接