摘要：本文主要讨论CMOS工艺限幅放大器LA （Limiting Amplifier ）的输出接口与其他芯片间的互连问题。首先简单介绍了PECL （Positive Emitter-Coupled Logic ）的输出结构以及PECL-PECL之间的典型连接电路，而后对比介绍了CMOS 限幅放大器实现相应功能的不同接 口电路以及节省功耗等优点。文中CMOS以绝大部分限幅放大器标准模型为例，给出了几
种常用的接口电路及实际电平数据。
关键词：1X9,SFP,光模块电路,PHY芯片,接口电路,耦合,PECL,电平。
0 引言
随着国内高速数据传输业务需求的增加，如何高质量的解决高速IC芯片间的互连变得越来越重要。而人们环保和节约能源意识的增强，市场竞争的加剧，也使得的来自功耗和成本的压力与日俱增。CMOS工艺由于成本低、功耗小、成品率与性价比高，加之尺寸的不断减 小很大地改善了原本速度慢的不足，优势越来越明显。因此，对于高速系统中的限幅放大器产品，CMOS将替代Bipolar/BiCMOS成为主流工艺。PECL是芯片间互连通常采用的接口之一，由此就产生了CMOS-PECL 的互连问题。下面正是针对此问题展开讨论。
1 输出接口
1.1 PECL接口输出结构
PECL 电路的输出结构如图1所示，包含一个差分对和一对射随器。标准的输出负载是
接50Ω负载至VCC-2V的电源上，在这种负载条件下，OUT+与OUT- 的共模电压典型值为
VCC-1.3V， OUT+与OUT-输出电流为14mA。
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1.2 CMOS接口输出结构
绝大部分限幅放大器是CMOS 限幅放大器，它采用先进的、成熟的
深亚微米CMOS工艺。在3.3V （以下均以VCC ＝3.3V为例）供电时，提供50dB 以上的增益和
4mV 的输入灵敏度（BER=10-12 ）。
CMOS 输出结构如图2 所示。区别于PECL 输出之处在于：CMOS 输出外部
电路无需50Ω到（VCC-2V ）端接；输出共模电压约为VCC 的1/2；确定共模电压的电流源
集成在输出缓冲电路里，该电流类似于其他同类产品流经ECL 负载的电流，而且每支电流
只有8mA，约为PECL 接口 14mA 电流的一半。
2 CMOS到PECL 的连接
2.1 直流耦合
在标准的PECL-PECL连接中，PECL 负载要通过50Ω接到VCC-2V的电源上，由于该电源
一般是不存在的，因此通常的做法是利用Thevenin等效电路来实现，如图3 中所示，
3.3V供电时，参数R1为130Ω，R2为82Ω，如图4所示。
限幅放大器采用图2 的输出结构，其输出幅度与PECL 的一样，但输出的共模电压要比PECL
低，所以输出信号的高低电平也不一致。目前尚无法实现CMOS输出接口与PECL输入接口
之间的直接直流耦合。
2.2 交流耦合
2.2.1 标准的PECL-PECL连接
PECL在交流耦合输出到50Ω的终端负载时，要考虑PECL 的输出端加一直流偏置电阻，
如图5(b)所示。
在实际应用中，R1可以从142Ω到200Ω之间选取，原则是让输出波形达到最佳。
在图5 （a ）中，R2和R3 的选择最常用的组合如下：R2=82Ω与R3=130Ω。这种接法的缺
点就是功耗较大，当对功耗有要求时，可以采用图5 （b ）所示的结构：R2=2.7KΩ与R3=4.3KΩ。
2.2.2 CMOS-PECL连接
在绝大部分限幅放大器 中，CMOS输出缓冲器的OUTP和OUTN直接通过外部电容耦合到下一级电
路，如图6所示。
目前多数千兆收发器厂家在PECL 的输出端采用偏置电阻到地，如图5 （b ）所示。客户
R1一般取130Ω，这样就有：（VCC-1.3V ）/130Ω=2/130=15.4mA 。如果使用绝大部分限幅放大器 ，由于
OUTN/OUTP采用交流耦合时无需这组电阻网络，代之以CMOS输出结构的内置8mA 电流源，
因此，一对差分输出共可节省大约15mA的电流。
