ECL/PECL/LVPECL电平学习笔记

LVPECL电平是常用的一种逻辑电平，大部分资料对该电平的描述为：由ECL电平发展而来，但是对其逻辑电平门限的确定、为什么要加一个偏置电平以及LVPECL电平与ECL电平在电路结构上的差异鲜有论述。因此，对在学习该电平中遇到的困惑整理如下：

1.ECL电路的基本原理

图1 ECL电路

ECL电路如图1所示，其分为输入级、中间级和输出级三部分。输入级由T1、T2、T3三管构成，当A、B有一个为1时，T1和T2至少有一个管开通，VE电位将被抬高，导致T3截止；当A、B都为0时，T3则会开通。输出级由T5、T6组成的射随器构成，当T1、T2至少有一个开通时，T5的截止，输出为0，而此时T6导通输出为1。即T5输出 ~(A+B)，而T6输出A+B。中间级的作用为给T3提供合适的偏置电压VBB，Re2有抑制温漂的作用。

2.ECL电路为什么不直接输出，需要经过射随器输出？

考虑直接输出的情况，输出高电平为：

输出低电平为：

当ECL电平直接耦合时，设VOH直接接到T1管，则T1管的基极电位为0（逻辑1），集电极电位电位小于0（因为有Rc1的压降），集电结正偏，T1管将进入饱和区。ECL为获得较高的开关速度，设计时需要保证三极管不饱和，因此需要经过射随器输出，降低其输出高电平，同时，经过射随器输出，其输出阻抗变小，驱动能力也会变强。

3.逻辑电平门限的确定

ECL电平的逻辑电平门限是没有标准来限定的，其门限的大小需要满足各厂家提供数据手册。但是，根据电路结构分析，各电平门限以及摆幅大小也有一定的限制的条件，分析如下：

由电路结构可知：

由于三极管不能进入饱和区，因此需要满足：

因此，摆幅满足：

对逻辑高电平：

为保证T1、T2导通时，T3截止，有:

对逻辑低电平，为保证T1、T2截止时，T3导通，有：

由摆幅要求：

4.PECL与ECL电路的差异

图2 PECL电路

大多数资料对PECL电路的描述为：把ECL电路的高电平变成正电平，即得到PECL电路。但是，其给出的电路图与ECL电路却大相径庭。中间级去哪了？为什么直接使用差分输入？输出为什么要接到到VCC-2V，一概没有交代，看得人一头雾水，现整理如下。

首先PECL为差分输入，ECL虽然也有两个输入，但其输入其实相当于取或，和单端输入单端效果是一样的。在有关资料里，描述为“原理与单端输入，双端输出的差分放大电路类似”。因此输入端的差异我个人判断是ECL/PECL的应用场景不同导致的，ECL用于单端转差分或者需要同时获得其输出的反信号的场合，PECL则为差分输入、差分输出的场景（未做具体考证）。由于输入级的差异，PECL自然不需要中间级提供偏置电压了。

5.为什么PECL的输出需要通过50R电阻接到VCC-2V？

PECL的输出高电平为VOH=2.4V，输出低电平VOL=1.6V，为达到这个电平门限要求，需要给输出电平提供一个2V（VCC-1.3）作用的共模电压（输出高低电平的中间，使得获得的动态电平范围最大）。为满足此要求，一般在输入端会加一个VCC-1.3V的直流偏置，提供共模电压，以图2电路为例，当T1端输入为高，为使得T1不进入饱和区，则T1的集电极电压最小为VCC-1.3V，如此，为了使输出的三极管不进入截止区，则其偏置电压不应大于VCC-2V，同时为了避免功耗过大，终端的偏置电压不应取太小，故取VCC-2V。50R的电阻则是用于阻抗匹配，避免产生反射。