📚 课程目录第1章 LVPECL与CML基础

LVPECL 与 CML 基础：信号标准、电平定义、共模电压范围、驱动能力对比

做高速信号仿真，第一件事是什么？

我个人习惯，先把接口标准吃透。你想想看，如果连信号长什么样、怎么摆腿、门槛在哪都不清楚，后面的仿真和调试根本无从下手。

这一章，我们就来聊聊 LVPECL 和 CML 这两种最常见的差分信号标准。说白了，它们俩是高速串行链路里的“老大哥”和“中坚力量”。

LVPECL 的历史其实很久。它脱胎于 PECL，为了降低功耗和适应低压工艺，把电源电压从 5V 降到了 3.3V 甚至更低。

它的核心结构是差分对加射极跟随器输出。嗯，这里要注意，射极跟随器意味着输出阻抗很低，驱动能力很强。

LVPECL 的输出摆幅通常在 800mV 左右。不过它有一个特点：直流电平比较高。VOH 大概在 VCC-0.9V 左右，VOL 大概在 VCC-1.7V 左右。这意味着共模电压很高，接近电源轨。

我个人的一个习惯：3.3V 供电的 LVPECL，它的共模电压大概在 2.0V。设计接收端输入偏置时，必须考虑到这个高电平，不然很容易把管子搞饱和。

就拿一个典型的 3.3V LVPECL 输出来说：

LVPECL 的驱动能力非常强。射极跟随器的输出阻抗只有几欧姆，能轻松驱动长距离的 50Ω 传输线。我在项目中遇到过把 LVPECL 信号走线走过 30 英寸的背板，眼图依然很干净。

CML 是另一种差分信号标准。和 LVPECL 不同，它的原理很简单：一个差分对，上面接上拉电阻到电源，用电流源从下面抽电流。

有什么好处？速度快啊。CML 的开关速度几乎没有限制。因为它不需要从截止区到饱和区切换，始终工作在放大区。而且输出摆幅可以控制得很小，功耗也低。

CML 的输出电平通常由电源和上拉电阻决定。假设内部上拉电阻是 50Ω 到 VCC，电流是 16mA：

关键区别：CML 的输出是集电极开路的，必须外部提供上拉电阻。LVPECL 自带发射极跟随器输出，自带低阻抗。

这是很多工程师容易忽略的地方。LVPECL 的共模电压很高，CML 的共模电压也高，但稍微低一些。

驱动能力简单说，就是信号能跑多远。LVPECL 能驱动很长的走线，因为它输出阻抗低，信号反射小。

CML 呢？它的输出阻抗等于上拉电阻值，通常是 50Ω。这其实是个好处：阻抗匹配很容易。但 CML 驱动长线时要注意，它的电流驱动能力不如 LVPECL 的射极跟随器。

我曾经踩过的一个坑：在 10Gbps 的项目中，我用 CML 驱动了一段 20 英寸的微带线，结果眼图闭合严重。后来发现，CML 的摆幅在设计时没有留足余量，加上长线的损耗，信号幅度衰减到接收端阈值附近。最后换成了 LVPECL 或者加强了预加重才搞定。

不管 LVPECL 还是 CML，高速差分信号互连有几个基本原则：

一句话总结：LVPECL 适合长距离、强驱动、老一点的接口；CML 适合短距离、超高速、新一点的器件。

搞清楚这些基础，后面做仿真设参数、看眼图时，你心里就有底了。不会盲目去调那些参数，知道每一步在干嘛。