PECL标准光收发器接口及应用

设计新苑Ｄｅｓｉｇｎ　Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ　ＰＥＣＬ标准光收发器接口及应用　

关键词：ＰＥＣＬ￣物理层芯片　ＰＨＹ　ＩＣ，兰兰兰苎　概述　ＰＥＣＬ（带偏置的发射极耦台逻　辑）电平主要是通过采用标准的ＥＣＬ电　平元件并施加＋５ｖ对地的电压．而不　是采用５．２Ｖ对地的电压来实现的　ＰＥＣＬ的输人电压的灵敏度是３００ｍＹ。　ＰＥＣＬ和ＥＣＬ的典型应用是较高　频率（＞５０ＭＨｚ）的通信接口，并且必　需５０欧姆的特性阻抗的传输线和合适　的终端匹配处理。然而如采用５０欧姆电　阻接地要求从输出级汲取很大的电流。　因此取代５Ｏ欧姆接地的终端匹配的方　式，ＰＥＣＬ收发器采用了接到一略高于　地但非常小的电平的终端匹配方式、　这样输出端的射极跟随器在ＶＯＬ（在　５ｖ系统时ＶＯＬ是３３Ｖ）时就不会处于　截止，这一终端匹配电压ＶＴＴ是３Ｖ（比　ＶＣＣ（５Ｖ）电压低２Ｖ），见图１ａ。　在ＶＯＬ输出口，负载电流是：　１　：　雩　：６ｍＡ　５００　在现代的数字电路系统中要求　个额外的３ｖ供电电压是不切实际的　作为一种替换，可以用两个电阻组成的　分压器来产生３ｖ的电压，同时产生５０　欧姆的戴维南等效电阻和传输线匹配。　这电阻也提供发射极开路的电流输出通　路　如图１ｂ所示：　典型值如下：Ｒ１＝８２欧姆，　Ｒ２＝１３０欧姆，　这里假定传输线的特性阻抗是５Ｏ　欧姆的（Ｚ０）．并且终端祁传输线的接　头处是处于很好的安装状态。　标准的ＰＥＣＬ的输人需要偏置，当　将ＰＥＣＬ的输出和ＰＥＣＬ的输人直接耦　台起来．ＰＥＣＬ的输出提供了这一偏置。　大多数的高速ＰＥＣＬ信号是差分信号，　可　采用如图２ａ来处置两个的输出端、　图中３３０欧姆电阻提供输出的电流通　：　量２　道。对于５Ｏ欧姆的传输线．线对线终端　阻抗值为２ＺＯ，等于１００欧姆　一对传　输线的电长度应该保持匹配，失配将导　致反射。终端处理技术非常简单，并且　在差分信号时工作很好，然而，对于共　模信号，例如直接从附近的电路耦台而　产生的共模信号，却要进行一定处理　如图２ｂ所示，通过给共模信号电流提供　个交流地可　抑制共模干扰，１００欧　姆的电阻分成两个５０欧姆的电阻并且　运用旁路电容以提供一个交流地。　＝　岳　，　２４童晋矗品ｔ摹删幸４　实际应用　光连接　非常适台高　速串行数据　侔输，光收　芟器经常是　和ＰＨＹ　ＩＣ　壹谗号：１５：！　或者是申行和并行转换芯片（ＳｅｒＤｅｓ　Ｉｃ）相联、申行／并行芯片也可以是指　复用器和解复用器（Ｍｕｘ／Ｄｅｍｕｘ）。　图３是典型的接口电路　常用的工业标准有光纤信道、　ＦＤＤＩ、ＡＴＭ、快速以太网和千兆以太　网．它们的标准接口一般是ＰＥＣＬ的　但是，它们的实现方式是不同的．并且　有微小的变化，一般来说．这些接口可　以归于两种：直流耦合和交流耦合　

Ｉ流耦合　直流耦合的接口是简单的，该配置　运用的一个很好的例子如图４所示的　ＨＦＢＲ／ＨＦＣＴ一５２０８和ＡＭＣＣ　Ｓ３０２８Ｂ　之间的互联。其中ＨＦＢＲ／ＨＦｃＴ—５２０８　是安捷伦的６２２Ｍｂｉｔ／ｓ光收发器，　￥３２０８Ｂ是一个６２２Ｍｂｉｔ／ｓ复用和解复　用器。　

交流耦台　Ｈ｛Ｙ　Ｉｃ和Ｓｅｒ／Ｄｅｓ芯片的输人或　者输出即便它们保持ＰＥＣＬ信号的幅度　规范（信号峰一峰值），一般来说是　不会一直都是标准的ＰＥＣＬ电平。输＾　和输出会偏离标准的ＰＥＣＬ的电平　这　时一般采用交流耦合。该应用的一个很　好的例子是安捷伦的千兆　太刚ＳｅｒＤｅｓ　芯片ＨＤＭＰ一１６４６Ａ，高速的串行输＾　信号Ｉｎ±是内部偏置的，当光收发器的　高速申行输出ＲＸ＝与ＳｅｒＤｅｓ芯片的　输人接口时，为了不破坏ＨＤＭＰ　１６４６Ａ的内部偏置，必需使光收发器的　输出ＲＸ±和ＳｅｒＤｅｓ的Ｉｎ±进行交流耦　合。同时需要别的方法来完成ＲＸ＝的　偏置电路，需要一个简单的下拉电阻以　提供发射极输出的电流通路，不采用５ｏ　欧姆对３Ｖ，可以采用２７００—５１００对　地的方式，当从光收发器的输出传送高　速差分输出信号到ｓｅｒＤｅｓ输人时，可以　

～　～　设计新苑Ｄｅｓｉｇｎ　Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ　强３典型的ｓｅ　ｅｓ瓢转换器接口电毯　通过在串行的Ｉｎ±接口处放置一个阻抗　匹配电阻，来实现性能优异的匹配特　性　ＨＤＭＰ－１６４６Ａ的串行输出ｏ　丁　也不是标准的ＰＥＣＬ电平．它们不是发　射极开路的．它们的输出要采用交流耦　台到下面一级去，ＨＤＭＰ　１６４６Ａ的数　据手册推荐在每一个输出ｆ　１使用１５０欧　姆的下拉电阻　ＴＸ±的输出的共模信号是在３７ｖ　左右．因此可　选择６８／１９Ｉ欧姆的电阻　的组台来偏置ＴＸ＝的输入到共横信号　的中间值　过就提供了ＴＸ输人信号的最　大的灵敏度（均衡摆幅在　ｖ上下）　具　体电路示于图５。　３．３Ｖ的ＰＥＣＬ接口光纤收发器　采用ＭＴ—ＲＪ光连接器的小封装　ＨＦＢＲ／ＨＦＣＴ一５９ＸＸ系列光纤收发器要　求使用３，３Ｖ供电电压　电路要求差分　的输入电压（最小的峰峰值）和输　的　电压峰峰值摆幅　仍然与５Ｖ烘电的　

圉４典型ＡＭＣＣ　ｓ３ｏ２铝　ＳｅｒＤｅｓ￣ＨＲＢＲ／ｈＦＣＴ－５２０８　Ｏｃ一控光转换器宅路　

收发器相同．ＨＫＢＲ一５９ＸＸ系列相对于双　Ｔ＿￣ｓｃ收发器来说有而倍的端口密度。　育流耦台和交流祸台的拓扑结构几乎和　先前的讨论一戥．然而　由于烘电电压　减少到３．３Ｖ．　５Ｖ的情况下ＶＴＴ是３Ｖ　（比ＶＣＣ（５Ｖ）电压低２Ｖ．即：５Ｖ　２Ｖ＝３Ｖ）现在ＶＴ　【、却只有１．３Ｖ（３．３Ｖ　２ｖ）同样在５Ｖ的情况下　交流信号　摆幅的中间值在ＸＴＶ（Ｉ：￣，ＶＣＣ－ＳＶ电压　低１．３Ｖ），当枉ＶＣＣ＝３　３Ｖ时．交流信　号摆幅的中间值在２Ｖ（３２Ｖ一１３Ｖ＝２Ｖ）　这　新型的收发器的典型应用是与多　通道ＰＨＹ　ＩＣ相联构成太容量光纤链　路　与｝舟Ｒ俐ＦｃＴ＿景Ｉｘｘ的交流　眙　为了构成一个ＡＴＭ的用户网络接　口（ＵＮＩ）　ＰＭＣ　Ｓｉｅｒｒａ的ＰＭ５３４８和安　捷伦的ＨＦＢＲ／ＨＦＣＴ　５９０５的连接需　圜５典型　师搿ｓＡ毋｝璺　４午ｃＴ　５３０５．￣ｎ宅路　ｊ　＇　－　璺特殊考虑＝如图６所　，ＰＭ５４３８（Ｓ／　ＵＮＩ　Ｄｕａ１）是ＴＴＬ电平ＴＸＤ±１言号的　５Ｖ　ＣＭＯＳ芯片　７－者的接口　但娶求　交流耦台．而且需要将ＴＴＬ电平ＴＸＤ　±（输出）信号转换成ＨＦＢＲ／ＨＦＣＴ一　５９０５要求的ＰＥＣＬ输入电平。ＴＸＤ±的　输出阻抗和２３７欧姆的电阻及１５０欧姆　终端阻抗形成的咧络对信号进行台适的　衰减。　ＰＭ５４３８的ＲＸＤ±输入是内部自偏　置的，冈此就需要采用交流耦台，注意　在这Ｕ￣ｌＯＯ欧姆的线到线的终端应尽可　能地放置在ＰＭ５４３８的ＲＸＤ±的输入引　脚旁边　ＨＦＢＲ／ＨＦｃＴ　ｊ９ｘＸ与＋５Ｖ供电　电压的物理层芯片ＰＨＹ　Ｉｃ的接口需要　采用交流耦台　Ｈ要输人和输出的信号　电平兼容　交流耦合可以解决任诃直流　耦台遇见的问题　图７是另一个有微小变化的接口电　路　固中所示是ＨＦＢＲ／ＨＦＣＴ一５９０３和　５＇／四通道物理层芯片Ｌｅｖｅｌ　Ｏｎｅ　ＸＴ９７４　的接口电路。在发送和接收的通路上均　采用交流耦台方式＝对于采用典型的２４　端口方式．可　通过将俦输线的终端匹　配电路和输入端的偏置网络的分离，进　步减少系统的功耗。在图ｓｅｅ，ＴＸ±　的输入是用两个５０欧姆的电阻来实现　终端匹配的　２Ｖ的直流偏置是通过３３ｋ　ｎ，５１ｋｎ的同络来实现的．通过它可　实现多端口的偏置（如４个）．ＬＸＴ９７４　的ＴＸＤ±输出不需要外部下拉电阻。　圈８显示ｒ如何实现Ｈ　Ｆ　Ｂ　Ｒ／　ＨＦＣＴ一５９０３的输人／输州和ＳＥＥＱ系列　

刎口幸　Ｉ重号矗品ｔ景２５　设计新苑Ｄｅｓｉｇｎ　Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ　８４２２０　ＩＯ／ＩＯＯＢＡＳＥ　ＰＨＹ芯片的接口　当是ＦＸ数据时，８４２２０的ＦＸＯＰ／Ｎ差　分输出信号交替地汲取１５ｍＡ的电流。　外部的电阻（６９欧姆）提供这些节点的　电流通道，另外，１５ｍＡ的电流交替地　通过这些电阻，随着电阻上电压的变　化．电流转化为ＨＦＢＲ／ＨＦＣＴ－５９０３能　识别的ＰＥＣＬ电平；最后，６９／１７４欧姆　的电阻网络形成传输线的５Ｏ欧姆的匹　配终端。　注意，虽然通过外部电路能形成驱　动标准的ＰＥＣＬ电平输入所需ＰＥＣＬ信　号电平电压（±８００ｍＶ），但是ＦＸＯＰ／　ＦＸＯＮ不是标准的ＰＥＣＬ的结构（不是　里７　ＬＸＴ９７４和碍暑ｌ　午ｃＴ－５９。３曲接口　发射极开路）　假定ＦＸＯＰ是开（ＯＮ）态（汲取　１５ｍＡ的电流），而ＦＸＯＮ是关（ＯＦＦ）　态的，则５９０３的ＴＸ一端口的电压是　３　３　面五１７　４ｆ而１　＝２４　Ｐ肌逻鼻电平高）　通过６９欧姆的电阻的电流是　３．３Ｖ－２．４Ｖ１　６９‘】　当ＦＸＯＮ变为开（ＯＮ）时、额外　的１５ｍＡ的电流是要通过田欧姆电阻来　分路　这时．５９０３的ＴＸ一端口的电压　是：　＆３Ｖ一（１４ｍＡ＋１５ｍＡ）６９（＝Ｉ　３Ｖ（ＰＥｃＬ　萤８典型鞋固鞘２２。翻Ｉ－Ｉ￣Ｒ／ＮＦＣＴ　泐接口电路　２６　Ｉ重号蔗矗ｔ摹２０００．￣４　逻辑电平为　低）　８４２　２　Ｏ　的Ｆ　ＸＩ　Ｐ／　ＦＸＩＮ输入接　口是简单的，　Ｈ　Ｆ　Ｂ　Ｒ／　ＨＦＣＴ－５９０３　的ＲｘＤ±的　输出直接耦　合进８　４　２　２　０　的ＦＸＩ　Ｐ／　ＦｘＪＮ的输入　引脚，ｌ２７／　８２欧姆的电　阻网络偏置　输入并且实　现与传输线的阻抗匹配　结语　对于不同的ＰＨＹ　ＩＣ，它们的输入　和输出结构各有所变化，当某一特定的　ＰＨＹ　ＩＣ和光收发器联接时．注意留心　各芯片的供电电压的不同和输入／输出　的网络拓扑结构。当设计ＰＥＣＬ的光收　发器接口电路时，需要考虑以下一些因　素　“标准的”ＰＥＣＬ的输出和具有相　同的ＶＣＣ的“标准的”ＰＥＣＬ的输入采　用直流耦合方式，　设备采用不同的供电电压．则要　考虑采用交流耦合方式：　当标准的ＰＥＣＬ输出要和标准的　ＰＥＣＬ的输入的接口采用交流耦合时，　除非它是自偏置的，否则要给标准的　ＰＥＣＬ的输入提供合适的偏置；　标准的５Ｖ的ＰＥＣＬ电平的开关阈　值是ＷＶ（比ＶＣＣ低１．３Ｖ）：　标准的３　３Ｖ的ＰＥｃＬ电平的开关　阕值是２Ｖ（比ＶＣＣ低１．３Ｖ）：　要绪标准的ＰＥＣＬ电平的输出提　供电流通道；　对于交流输出和交流输入中至少　有一个不是标准的ＰＥＣＬ接口情形，除　非交流耦合是内置的（一般是输入内置　的），否则采用交流耦台接口方式；　提供合适的传输线匹配终端　一