参考资料:CML信号原理
CML(即Current Mode Logic,也就是电流模式逻辑)电路主要靠电流驱动,也是所有高速数据接口形式中最简单的一种,它的输入与输出的匹配集成在芯片内部,基本不需要外部端接,从而使单板硬件设计更简单、更简洁。
一、CML工作原理
1.1、CML输出结构
CML接口的输出电路形式是一个差分对,如图1所示。该差分对的集电极电阻为50Ω,输出信号的高低电平切换是通过共发射极差分对的开关控制的,差分对的发射极到地的恒流源典型值为16mA。
图1 CML接口输出电路
当CML负载为50Ω上拉电阻时,并且差分对的输入端也为差分信号,所以差分对中的三极管同时只能导通一个,由于恒流源为16mA,所以在集电极电阻上的压降为0.4V,即单端CML输出信号的摆幅为Vcc~(Vcc-0.4V),其输出波形如图2(a)所示;在这种情况下,差分输出信号摆幅为800mV。
当CML输出采用交流耦合至50Ω负载,即表现为在差分对中间连接一个100Ω电阻,同样,差分对中的三极管只能导通一个,所以导通时在集电极电阻上的压降为0.6V,不导通时在集电极上的压降为0.2V,最终波形如图2(b)所示;在这种情况下,差分输出信号摆幅同样为800mV。
图2 CML接负载后的输出波形图
1.2、CML输入结构
CML接口的输入电路就是一对射极跟随器后跟一个差分放大器,射极跟随器起到隔离,增加驱动能力的作用,上拉的50Ω电阻是为了保证与前级输出电路形成阻抗匹配。
图3 CML接口输入电路
二、CML电路优点
2.1、高速(>Gbit/s)
CML电路输出晶体管工作在放大区域,这样导致CML信号比采用饱和状态操作的CMOS、LVDS信号拥有更快的开关速度;并且CML输出电路中的恒流源由于具有较小的开关噪声,信号的上升时间和下降时间小,因此CML理论极限速度可达10Gbit/s;图4为LVPECL/LVDS/CML三种逻辑电路功耗及速度比较示意图。
图4 LVPECL/LVDS/CML功耗及速度比较示意图
2.2、低功耗(差分输出信号摆幅约为800mV)。
2.3、电路简单,几乎不需要外围器件。