二，差分邏輯電平匹配

差分邏輯電平之間的匹配，主要應用于時鐘和高速信號。通過之前章節關于差分邏輯電平的電路結構分析，為保證差分信號輸出與輸入的匹配，則要滿足如下幾個條件：

1. 對于輸出端來說，要保證從輸出±端的回流通路（電流模式）；
2. 對于輸入端來說，要保證輸入共模電壓和差分擺幅（差模電壓）滿足輸入端要求（如下圖所示）；

3. 對于傳輸線來說，要保證傳輸線阻抗匹配（終端并聯），保證信號傳輸質量。

LVPECL，LVDS，HSTL以及CML差分邏輯電平之間的輸出和輸入判斷電平如下圖所示。

1，LVPECL驅動輸出

LVPECL電路邏輯輸出必須要有對地直流偏置通路，作為其共模輸出電壓。

1.1 LVPECL to LVPECL

LVPECL直流耦合輸出的兩種匹配電路如下圖所示。

1. 左下圖中終端上下來電阻用于阻抗匹配和共模電壓設置：

1, 終端上下拉電阻（83Ω和130Ω）用于傳輸線阻抗匹配： 83//130 = 50Ω；

2, 直流耦合方式中終端匹配接至Vcc-2V偏置電壓，達到Vcc-1.3V = 2V的共模輸入電壓要求（具體原因請參考《ECL電平》章節相關內容）。

2. 右下圖中終端匹配電阻網絡的設計，此方案相比于第一個方案節省了一個電阻。

LVPECL交流耦合輸出的兩種匹配電路如下圖所示。

1. 左下圖中輸出端采用150Ω下拉，終端上下來電阻用于阻抗匹配和共模電壓設置：

1, 終端上下拉電阻（83Ω和130Ω）用于傳輸線阻抗匹配：83//130 = 50Ω；并提供LVPECL共模輸入電壓：Vcc -1.3V = 2V；

2, 150Ω下拉電阻用于提供LVPECL輸出直流偏置，以及為輸出電流提供直流電流路徑。

——細心的胖友們應該還記得，在《ECL電平》章節中推薦設計的終端上下拉電阻以及輸出端下拉電阻阻值與本章計算的電阻值有所不同，這主要是跟器件本身相關，后續遇到LVPECL相關設計，需要根據器件資料的推薦進行設計。

2. 右下圖中終端匹配電阻網絡設計中，帶電容的終端匹配網絡主要用于：消除差分信號抖動導致的共模噪聲；VBB一般在接收端器件內部提供。

1.2 LVPECL to LVDS

LVPECL直流耦合LVDS，如下左圖所示，當LVPECL輸出對于LVDS輸入端電壓太高時，通常需要33Ω串聯電阻用于減小輸入電壓范圍；但大多數LVDS接收機能夠接收LVPECL信號，不需要在LVDS輸入端對LVPECL信號進行衰減，因為LVDS輸入端的共模范圍很寬。

LVPECL交流耦合LVDS，如下圖所示；在交流耦合時LVPECL輸出端的150Ω下拉電阻還是需要的，它為輸出端提供了直流偏置通路；終端100Ω差分阻抗匹配電阻，用于提供足夠的信號擺幅來驅動LVDS輸入端，兩個10kΩ電阻將LVDS共模輸入電壓設置為1.65V，在LVDS接收機共模電壓范圍內。

——很多LVDS輸入端已經集成了100Ω電阻，那么外部的100Ω電阻可以去掉。

1.3 LVPECL to CML

如下左圖所示為直流耦合電路，為了匹配CML的輸入，需要做復雜的電路匹配設計；所以交流耦合設計更加簡潔、方便，推薦使用交流耦合匹配的方式。交流耦合LVPECL在輸出端設計150Ω下拉電阻，用于提供直流偏置回路；LVPECL輸出擺幅是750mv而CML要求輸入擺幅是400mV（68%），那么如下圖所示需要進行分壓：50/(50+23) = 0.68，所以串聯電阻Ra = 23Ω，實際設計選擇Ra = 25Ω。

1.4 LVPECL to HCSL

如下圖所示，在LVPECL交流耦合HSCL，輸出端150Ω電阻下拉提供直流偏置；為了將800mV的LVPECL擺幅衰減到700mV的HCSL擺幅時，必須在150Ω電阻之后放置一個衰減電阻（Ra =8Ω）；HCSL輸入端需要重新偏置，可以通過將470Ω電阻連接3.3V和56Ω電阻到GND上來實現HCSL輸入端350 mV的共模偏置電壓。

2，LVDS驅動輸出

2.1 LVDS to LVPECL

如下圖所示，LVDS輸出直流耦合LVPECL輸入，83Ω與130Ω并聯匹配提供LVPECL輸入共模電壓：2V；同時提供了差分線的阻抗匹配：83Ω//130Ω = 50Ω。

如下圖為交流耦合匹配電路，LVDS輸出端不需要提供直流偏置回路，所以我們只需設計LVPECL輸入端的共模偏置電壓（Vcc – 1.3V = 2V），和終端阻抗匹配（差分：100Ω，單端：50Ω）。

2.2 LVDS to LVDS

LVDS輸出直流耦合LVDS輸入，如下圖所示；電路匹配非常簡單，只需在終端跨接100Ω電阻，如果輸入端已集成100Ω終端電阻，那么可以去掉外部電阻；共模偏置電壓直接由輸出端提供。

LVDS輸出交流耦合LVDS輸入，同樣只需要跨接100Ω作為終端端接；但此時輸入端共模偏置電壓需要外部提供，具體如下圖所示。如果器件內部集成了100Ω終端電阻以及內部偏置，那么交流耦合直連即可，具體需要看器件規格書，再決定采用直流還是交流耦合更加方便。

2.3 LVDS to CML

大多數CML接收器有片上終端匹配（100Ω），不需要額外電阻。而且只有當CML輸入端不提供偏置電壓時，才需要兩個10KΩ電阻。但這些都需要根據實際的器件規格書來確定具體的匹配方式。

3，CML驅動輸出

3.1 CML to LVPECL

如下圖所示，CML輸出到LVPECL輸入一般推薦使用交流耦合的方式；50Ω上拉電阻用于CML輸出的直流偏置，并提供一個源端匹配（這個50Ω電阻本來是在CML輸入端上拉的，需要外部匹配，具體參考《LVDS&CML 電平》相關章節內容）；如下左圖所示，LVPECL輸入端器件內置了匹配電路。

如下右圖交流耦合匹配電路，R1應大于50Ω以防止CML輸出損耗和PCB損耗過大，無法滿足LVPECL輸入端的最小差分輸入電壓擺幅要求。

3.2 CML to LVDS

一般來說CML輸出到LVDS輸入，建議采用AC耦合的方式；原理同上，輸出端需要50Ω上拉電阻已提供CML輸出直流偏置和匹配；LVDS輸入端則需提供共模偏置電壓和100Ω電阻以提供差模電壓擺幅。如果輸入端LVDS已經集成了100Ω電阻和共模偏置電壓，那么可以直接通過交流耦合接至輸入端。

3.3 CML to CML

如果CML輸出端和接收端都有相同的VCC電源電壓和片上上拉電阻（50Ω），那么可以直接連接，無需外部元件；如果輸出端不提供一個內部50Ω的上拉電阻，那么50Ω上拉電阻需要放置在輸出端或接收端。而對于交流耦合方式，如下右圖所示；只有當CML接收端不提供共模偏置電壓，才需要兩個10kΩ的電阻。匹配連接的方式需具體根據器件規格書再確定。

4，HCSL驅動輸出

3.1 HCSL to LVDS

如下圖所示， HCSL輸出端電流在0和14mA之間切換：當一個輸出管腳為低電平（0）時，另一個為高電平（驅動14mA）。HCSL驅動器的等效負載電阻為43Ω，與50Ω阻抗并聯后相當于23.11Ω，計算可得LVDS輸入的擺幅為14mA * 23.11Ω= 323mV。LVDS輸入需要重新偏置，可以通過將一個8.7KΩ電阻連接到3.3V和5KΩ電阻連接到GND來實現LVDS接收器輸入共模的1.2V 直流電平；如果LVDS接收器差分輸入端上已內置100Ω電阻和共模偏置電壓，則不需要外部100Ω電阻和共模偏置電阻。

寫在最后

電平匹配設計并不是一成不變的，首先需要根據器件規格書從理論上對輸出端和輸入端的電路結構，高電平范圍，擺幅等進行理論分析；然后進行電路匹配的設計，一般交流耦合更加簡單方便（除非是相同電平標準，而且輸出與輸入規格相匹配的情況）；最后單板回來后需要進行實際測試，確定匹配設計能夠滿足輸入端的信號質量要求。