LVPECL与LVDS电平互连：直流与交流耦合设计指南

1. LVPECL 与LVDS 的互连

1.1   LVPECL 与LVDS 的直流耦合

LVPECL 到LVDS 的直流耦合结构需要一个电阻网络，如图5 中所示，设计该网络时有这样几点必须考虑：首先，我们知道当负载是50Ω接到VCC-2V 时，LVPECL 的输出性能是最优的，因此我们考虑该电阻网络应该与最优负载等效；然后我们还要考虑该电阻网络引入的衰减不应太大，LVPECL 输出信号经衰减后仍能落在 LVDS 的有效输入范围内。注意 LVDS 的输入差分阻抗为 100Ω，或者每个单端到虚拟地为 50Ω(图1所示)，该阻抗不提供直流通路，这里意味着 LVDS 输入交流阻抗与直流阻抗不等。LVPECL 到 LVDS 的直流耦合所需的电阻网络需满足下面方程组：

图1 LVPECL到LVDS的直流耦合

考虑VCC = +3.3V 情况，解上面的方程组得到：R1 = 182Ω，R2 = 47.5Ω，R3 = 47.5Ω，VA = 1.13V，

RAC = 51.5Ω，RDC =62.4Ω，增益 = 0.337。通过该终端网络连接LVPECL 输出与LVDS 输入时，实测得VA =2.1V，VB = 1.06V。假定LVPECL 差分最小输出电压为930mV，在LVDS 的输入端可达到313mV，能够满足LVDS 输入灵敏度要求。考虑信号较大时，如果LVPECL 的最大输出为1.9V，LVDS 的最大输入电压则为640mV，同样可以满足LVDS 输入指标要求。

LVDS 与LVPECL 之间采用直流耦合结构时，需要加一个电阻网络，如图2 所示。该电阻网络完成LVDS

输出电平(1.2V)到LVPECL 输入电平(VCC-1.3V)的转换。由于LVDS 的输出是以地为参考，而LVPECL 的输

入是以 VCC 为参考，这需要在构建电平转换网络时注意 LVDS 的输出不会对供电电源的变化敏感；另一个

问题是需要在功耗和速度方面折中考虑，如果电阻值(R1、R2、R3)取得较小，由电阻网络和LVPECL 输入寄

生电容构成的时间常数较小，允许电路在更高的速度下工作。但是，由于这些电阻上流过较大的电流，使得

总功耗增大。这时，LVDS 的输出性能容易受电源波动的影响。还有一个问题就是要考虑阻抗匹配和网络衰

减问题，电阻值可以通过下面的方程导出。

图2 LVDS 到LVPECL 的直流耦合

在VCC 电压为+3.3V 时，解上面的方程得：R1 = 374Ω，R2 = 249Ω，R3 = 402Ω，VA = 1.2V，VB = 2.0V，

RIN = 49Ω，增益 =0.62。LVDS 的最小差分输出信号摆幅为500mVP-P，在上面结构中加到LVPECL 输入端

的信号摆幅变为310mVP-P，该幅度低于LVPECL 的输入标准，在实际应用中，读者可根据器件的实际性能做

出自己的判断。

图 3  光模块与协议转换IC间LVPECL/LVDS电平的直流耦合

1.2  LVPECL与LVDS的交流耦合

LVPECL到LVDS的交流耦合结构如图4所示，LVPECL的输出端到地需加直流偏置电阻R(142Q～200Q)，同时信号通道上一定要串接50Ω电阻，以提供一定衰减。LVDS的输入端到地需加5.0kQ电阻，以提供共模偏置。

图4. LVPECL与LVDS之间的交流耦合

LVDS到LVPECL的交流耦合结构较为简单，如图5所示，如果芯片内部加了偏置，则可去掉R1和R2。

图5. LVDS 与LVPECL 之间的交流耦合

2. PECL 与LVDS 的互连

PECL 到LVDS 的交流耦合结构如图6 所示，PECL 的输出端到地需加直流偏置电阻R(270Ω～350Ω)，

同时信号通道上一定要串接50Ω电阻，以提供一定衰减。LVDS 的输入端到地需加5.0kΩ电阻，以提供共模

偏置。

图6. PECL 与LVDS 之间的交流耦合

LVDS 到PECL 的交流耦合结构较为简单,如图7 所示，如果芯片内部加了偏置，则可去掉R1 和R2。

(b)普通接法

图7. LVDS 与PECL 之间的交流耦合

参数	Rl=R3	R2=R4	R5=R6	备注
VCC=+3.3V	2.7K Ω	4.7K Ω	140Ω~200Ω	接上电阻 R=100Ω为 低功耗电路
VCC=+5V	2.7K Ω	7.8K Ω	270Ω~350Ω

(a) 低功耗匹配电路

(b)普通匹配电路

图8. 光模块与协议转换IC 间PECL/LVPECL/LVDS 电平的交流耦合

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参考资料：

Interfacing Between LVPECL, CML, and LVDS Levels---Texas Instruments

审核编辑 黄宇