處理不同的信號,如LVDS和CML

類似的原理也可以應用于任何使用差動信號的高速接口技術。事實上,隨著數據傳輸速度的加快,需要增加對這些項目的關注。隨著數據速率進入Gbps范圍,過程和板幾何形狀變得更小,在短得多的傳輸距離時,串擾等不必要的影響會成為一個問題。

當轉換器的采樣速率和分辨率向上推時,對高速接口的需求隨之而來。這首先導致引入了LVDS技術,隨后又引入了JEDS204接口的規(guī)范,該接口在物理接口中使用CML。

當處理微分信號時,首先要做的是確保系統正確地終止。雖然接收器(FPGA或ASIC)可能有內部終止,但有時這不足以適當終止系統,接收器的數據捕獲可能會受到損害。圖3和圖4顯示了典型的LVDS和CML驅動程序以及接收器所需的終止。單差速器終止電阻(R Tdiff 可使用或使用兩個單端終止電阻(R TSE )可以使用。產生的終止電阻應該等于大約100歐姆。在需要時,使用兩個50歐姆的單端終止電阻器可以提供額外的普通模式拒絕噪音。

圖3帶終端的LVDS輸出驅動程序 n

圖4帶終止的CML輸出驅動程序

當不使用適當的終止時,信號質量就會降低,從而導致數據在傳輸過程中損壞,并可能完全擾亂鏈接。確定鏈接上數據質量的一種方法是眼圖。眼影圖是一種測量方法,它表明鏈接上信號的幾個參數.

圖5顯示了在3.1GbpsJISD204鏈接上正確終止CML驅動程序的眼圖。眼圖顯示良好的過渡,并有足夠的開放的眼睛,這樣接收者應該沒有困難解釋數據。

圖6顯示了一個不恰當終止的CML驅動器相同的3.1GbpsJES204鏈接的結果。眼影圖的顫動次數增加,幅度減小,眼睛關閉,導致接收器在解釋數據時有困難。

圖53.1Gbps眼表--正確終止CML驅動程序

圖63.1Gbps眼影圖-不正當終止CML驅動程序

除了有適當的終止外,還必須注意輸電線路的物理布局。對于如何設計差速線有一些普遍的誤解。有人會說共面差動輸電線路(圖8)比寬帶差動輸電線路(圖7)提供更好的性能。然而,這兩種類型的差動輸電線路在噪聲耦合免疫方面都沒有優(yōu)勢。

有活動輸電線路在相似的距離,在這兩種情況下,噪音大致相同。優(yōu)點在于設計簡單,可制造性好。對于電路板設計者來說,寬帶差動輸電線路的路由比較困難。此外,由于難以精確地登記兩層以保證覆蓋,因此對板材制造商來說,它們更成問題。

圖7寬帶輸電線路

圖8共面輸電線路

另一個常見的誤解是,為了達到最佳性能,差動輸電線路必須緊密耦合。在緊密耦合的差動輸電線路中,個別的跟蹤阻抗實際上比必需的要高,并大于50歐姆的最優(yōu)值。此外,由于幾何尺寸較小,皮膚效應損失和串擾增加。

在制造過程中,輸電線路的阻抗也變得更加難以控制。例如,在制造過程中,具有100歐姆差阻阻抗的緊密耦合差速器傳輸線和具有+/-100萬公差公差的5毫米跟蹤寬度的阻抗變化為+/-10%。由于差動對有兩條傳輸線,加上兩條傳輸線,可能會有很大的變化。

不僅在單獨的輸電線路中有阻抗變化,而且在線路分離到包件或連接器時也可能有阻抗中斷。圖9給出了一個例子,說明當差動輸電線路必須分離到包件或連接器時,阻抗不連續(xù)的相對幅度的差異。

圖9緊緊地松散耦合輸電線路-阻抗中斷

當觀察大阻抗不連續(xù)所帶來的影響時,眼睛圖可以再次用來評估對鏈接數據質量的整體影響。圖10顯示了CML驅動程序輸出路徑中的阻抗不連續(xù)對3.1GbpsJES204鏈接的影響。阻抗不連續(xù)的最顯著的影響是眼睛圖中信號的上升邊緣的障礙。與圖10和圖5相比,明顯的是,上升的邊緣明顯減緩,眼睛正在接近。正如不正確終止CML驅動程序一樣,這種降級信號也會導致接收器在解釋數據時遇到困難。

圖10.1Gbps眼圖-大阻抗不連續(xù)

哪個接口是"最好的"?

首先要考慮的兩個項目是數據傳輸的速度和傳輸的距離。一般而言,隨著ADCS的速度和分辨率的提高,制造商從CMOS轉向LVDS到CML,以便能夠盡可能準確和高效地將數據從ADC傳送到接收機(通常是FPGA或ASIC)。

以低于150-200MSP的采樣率操作且分辨率小于14位的ADCS通?？梢允褂肅MOS輸出。然而,隨著包中的ADCS數量增加,CMOS輸出的數量增加,最終需要一個使用較少輸出數量的更有效的接口。

例如,一個四通道14位ADC將需要60個輸出引腳僅為數據位。同樣的四通道ADC只需要32個輸出引腳用于解壓器(雙數據速率)LVDS輸出接口,只有6個輸出引腳用于JES204實現CML輸出。更高的密碼不僅會引起問題,而且數據速率和功率要求也會引起關注。在CMOS接口中,隨著數據傳輸速度的增加,功率也會增加,而由于功率消耗的限制,這本身就限制了數據速度的上限。

為了使這些問題更加復雜,噪音也成為人們關注的問題。與LVDS和CML的差動信號相比,CMOS中使用的單端信號更容易受到噪聲和地面反彈的影響。同樣,隨著速度和分辨率的不斷提高,LVDS也變得不切實際。CML驅動程序開始更有意義地使用,因為可以支持的數據速率要高得多。支持更高數據速率的能力允許數據序列化,從而減少了所需的輸出驅動數

結論

當前發(fā)展數據中心采用的三種主要數字輸出類型各有其優(yōu)缺點。在使用使用CMOS、LVDS或CML輸出驅動程序的ADCS時,重要的是要記住這些。每一種類型的驅動器都有質量和要求,在設計一個系統時必須注意,這樣,ADC數據就可以在接收器設備中被適當地捕捉,無論是可編程門或ASIC。

重要的是要了解必須驅動的負載,在適當的情況下使用正確的終止,并對發(fā)展數據中心使用的不同類型的數字輸出采用適當的布局技術。隨著ADCS的速度和分辨率的提高,所產生的輸出數據速率也會增加,并且通常被序列化以獲得更高的吞吐量。隨著這種情況的發(fā)生,更重要的是要有一個適當設計的系統,并采用最佳的布局技術。