LVPECL转LVDS端接优化的经历

这两天画板子要处理PXIe的那几个3.3V的LVPECL信号。受FPGA的限制，需要在片外把电平转换成LVDS。 一开始用了ONSEMI一篇应用笔记中提到的这样一个电路：

这个电路画出来之后发现那4个电阻还是比较占板面空间的，导致那一区域特别挤，等长也走的很艰难。我的期望是如果R_E1和R_E2的阻值是一样的，就可以用排阻来减小布局面积。
文中给出的R_E1和R_E2是不相等的。虽说还真有不等值的排阻，以前挤模拟板的时候用过，但这次这两个阻值集成在一起的不好买到。
项目中电源芯片的输出数比较冗余，有空闲的电源可以用，借助这个条件想了想办法。

LVPECL端接

LVPECL的输出级长成这个模样：

标准端接方式是两根线分别50Ω电阻接到VCCO-2.0V上：

VCCO为3.3V或2.5V时，对应的VTT是1.3V和0.5V。为了端接单做这样一个电源轨出来不是所有场合都愿意的（尤其是0.5V这样低的电源），于是出现了两种常用的等效端接——戴维南等效端接和T端接：

戴维南等效端接的原理就是它的名字。
T端接的思路是，利用差分信号的共模电压，在两个50Ω电阻的汇合点产生VTT。以3.3V为例，LPVECL的共模电压差不多1.9V，这样可以计算出汇合点等于VTT=1.3V时，两个50Ω电阻和RTT的分压。
标准端接方式实际上与T端接有很强的联系，相当于把T端接的接地点抬高到VTT，从而减小RTT到0。也就是说只要保证在正负两个信号线电压都等于1.9V时，两个50Ω电阻的汇合点是VTT，那么T网络的第三端电压是多少是没有关系的，只要对应地调整RTT就可以了。这个结论对后面比较有用。

T端接衍生出PI端接，最开头给出的那个电路应该就是PI端接的方式。把这个三端T网络做T-Π变换：

设计思路

主要约束有：

1. LVPECL的差分端接阻值；
2. LVPECL的VTT电压；
3. LVDS的共模电压；
4. LVDS的差分幅度。

最开头ONSEMI的那个电路，可以想象如果把R_E2、R_E2’和R_T看成一个Π网络，做T-Π变换，就会得到一个T端接。

也就是说它可以通过把T端接的R₁和R₂（两个50Ω电阻）分别拆成串联的两个电阻，

其中一个与RTT做T-Π变换得到。

如果限定T-Π变换之后，跨接在两个接地电阻之间的电阻R_T恰好是LVDS的100Ω（FPGA自带），那么这个拆分串联的方式是唯一的。
现在我可以通过额外的电源，来调整T网络本来接地的那个点的电压，从而影响RTT以至RE1、RE2的值。也就是说，VTT通过RTT接到的不是0V了：

这里的变量有VX、RTT、RX三个，需要三个方程来解。其中一个是第一张图中共模的电流定律

2×1.9−VTT50Ω+VX−VTTRTT=0," role="presentation">2×1.9−VTT50Ω+VX−VTTRTT=0,$$2\times \frac{1.9-\text{VTT}}{50\mathrm{\Omega }}+\frac{\text{VX}-\text{VTT}}{\text{RTT}}=0,$$

其中1.9是LVPECL的共模电压，VTT取1.3V。
然后是T-Π变换的两个方程

50Ω−RX=100Ω×RX100Ω+RX+RX," role="presentation">50Ω−RX=100Ω×RX100Ω+RX+RX,$$50\mathrm{\Omega }-\text{RX}=\frac{100\mathrm{\Omega }\times \text{RX}}{100\mathrm{\Omega }+\text{RX}+\text{RX}},$$

RTT=RX×RX100Ω+RX+RX." role="presentation">RTT=RX×RX100Ω+RX+RX.$$\text{RTT}=\frac{\text{RX}\times \text{RX}}{100\mathrm{\Omega }+\text{RX}+\text{RX}}.$$

这样可以解出来

VX=1.16V,RX=30.9Ω,RTT=5.9Ω." role="presentation">VXRXRTT=1.16V,=30.9Ω,=5.9Ω.$$\begin{array}{rl}\text{VX}& =1.16\text{V},\\ \text{RX}& =30.9\mathrm{\Omega },\\ \text{RTT}& =5.9\mathrm{\Omega }.\end{array}$$

也就是说，用电源芯片产生一个1.15V的电压，再用四个30.9Ω的电阻（或排阻）就可以构成一个端接了。

LVDS共模电压和差分幅度的检验

按照上面的结果，可以算出输出给LVDS的共模电压

VOCM=(VICM−VX)×(50Ω−RX)/2+RTT50Ω/2+RTT+VX=1.53V." role="presentation">VOCM=(VICM−VX)×(50Ω−RX)/2+RTT50Ω/2+RTT+VX=1.53V.$$\begin{array}{rl}{\text{V}}_{\text{OCM}}& =({\text{V}}_{\text{ICM}}-\text{VX})\times \frac{(50\mathrm{\Omega }-\text{RX})/2+\text{RTT}}{50\mathrm{\Omega }/2+\text{RTT}}+\text{VX}\\ & =1.53\text{V}.\end{array}$$

我的LVDS要求的最大共模电压是1.425V，这个超了不少。这个方法似乎没有那么理想。

看来要动用LVPECL的裕量了。LVPECL要求VTT是VCCO-2.0±0.2V，那么我用3.3V-2.2V=1.1V代到上面方程中去解，得到

VX=0.91V,RX=30.9Ω,RTT=5.9Ω,VOCM=1.405V." role="presentation">VXRXRTTVOCM=0.91V,=30.9Ω,=5.9Ω,=1.405V.$$\begin{array}{rl}\text{VX}& =0.91\text{V},\\ \text{RX}& =30.9\mathrm{\Omega },\\ \text{RTT}& =5.9\mathrm{\Omega },\\ {\text{V}}_{\text{OCM}}& =1.405\text{V}.\end{array}$$

进一步榨取50Ω的裕量，取55Ω得到

VX=0.895V,RX=34.6Ω,RTT=7.06Ω,VOCM=1.398V." role="presentation">VXRXRTTVOCM=0.895V,=34.6Ω,=7.06Ω,=1.398V.$$\begin{array}{rl}\text{VX}& =0.895\text{V},\\ \text{RX}& =34.6\mathrm{\Omega },\\ \text{RTT}& =7.06\mathrm{\Omega },\\ {\text{V}}_{\text{OCM}}& =1.398\text{V}.\end{array}$$

这个已经看起来差不多了。
输出差分幅度其实不太用检验，300多mV吧，对付个LVDS没有什么问题。
最终取得的参数是

VX=0.9V,RX=36Ω,等效RTT=7.5Ω,等效RDIFF=56Ω." role="presentation">VXRX等效RTT等效RDIFF=0.9V,=36Ω,=7.5Ω,=56Ω.$$\begin{array}{rl}\text{VX}& =0.9\text{V},\\ \text{RX}& =36\mathrm{\Omega },\\ \text{等效RTT}& =7.5\mathrm{\Omega },\\ {\text{等效R}}_{\text{DIFF}}& =56\mathrm{\Omega }.\end{array}$$

VICM	VTT	VOCM
1.85	1.10	1.38
1.90	1.11	1.40
1.95	1.12	1.42

可以用36Ω的排阻。感觉都是踩在极限上，先这么将就着试试看吧。走过路过恳请指教。