HCSL:高速電流控制邏輯(High-speed Current Steering Logic)是Intel為PCIe參考時鐘定義的差分時鐘,用于PCIe2.0電氣規范中定義對RefClk時鐘所定義的標準;PCIe時鐘采用HCSL這個電平標準使RC(CPU)側與EP(子卡)側時鐘,在不同生產廠家之間能夠保持電平兼容。它需要串行33Ω電阻和驅動源端50Ω電阻下拉到地。HCSL為電流輸出驅動,輸出結構通過50Ω電阻器下拉接地的15mA開關電流驅動,標稱信號擺幅750mV。
HCSL基本電路結構
如下圖所示,HCSL驅動器是點對點電流驅動電路,具有開源輸出的差分邏輯,每個輸出引腳在0和14mA之間切換:當一個輸出引腳為低電平(0)時,另一個輸出引腳為高電平(驅動14mA);OUT+引腳和OUT-引腳通常連接到差分傳輸線(Z0 =100Ω)或單端傳輸線(Z0 =50Ω),這需要一個外部端接電阻(50Ω到GND),從而為HCSL輸入結構提供700mV的擺幅電平;V = 14mA * 50Ω = 700mV;HCSL輸出是經過控制正負輸出差分對中的14mA電流,其電源功耗為14mA * 3.3V ≈ 50mW;
HCSL輸入要求IN +和IN-的兩個輸入引腳上的單端擺幅為700mV,共模電壓約為350mV;
HCSL電平匹配
HCSL的電平匹配方法如下圖所示,有兩種電平匹配方式:終端匹配和源端匹配;正如我們在PCIe時鐘設計所示,只要在芯片內部內置50Ω的下拉電阻,那么只需直連設計。
LVPECL到HCSL的轉換
如下圖所示,在LVPECL驅動器輸出端向GND放置一個150Ω電阻對于開路發射極提供直流偏置以及到GND的直流電流路徑至關重要。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)。應在HCSL接收器前面放置一個10nF交流耦合電容,以阻止來自LVPECL驅動器的直流電平。放置交流耦合電容后,HCSL輸入需要重新偏置,可以通過將470Ω電阻連接3.3V和56Ω電阻到GND上來實現HCSL接收機輸入共模的350 mV直流電平
HCSL到LVDS的轉換
在下圖中,每個HCSL輸出引腳在0和14mA之間切換。當一個輸出引腳為低電平(0)時,另一個為高電平(驅動14mA)。HCSL驅動器的等效負載電阻為48Ω,與50Ω并聯,相當于23.11Ω。LVDS輸入的擺幅為14mAx23.11Ω= 323mV。應在LVDS接收器前放置一個10nF交流耦合電容,以阻止來自HCSL驅動器的直流電平。放置交流耦合電容后,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接收器差分輸入引腳上已經存在有100Ω電阻,則不需要外部100Ω電阻。
HCSL到CML的轉換
在下圖中,每個HCSL輸出引腳在0和14mA之間切換, 當一個輸出引腳為低電平(0)時,另一個為高電平(驅動14mA)。HCSL驅動器的等效負載電阻為68Ω,與50Ω電阻并聯,相當于28.81Ω。CML輸入的擺幅為14mAx28.81Ω= 403mV。應在CML接收器前面放置一個10nF交流耦合電容,以阻止來自HCSL驅動器的直流電平。另外,必須確認CML接收器輸入內部的自偏置。如果沒有CML輸入端的自偏置,則必須在CML偏置和傳輸線端接的PCB上放置一個50Ω的端接電阻到VCC。
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