需要一个工作频率高达 2 至 3 GHz 的 XOR 门

电器工程 晶体管 数字逻辑 高频
2022-01-07 17:11:57

我遇到了一个不寻常的情况,我需要一个 XOR 门,当输入频率在 2 到 3 GHz 之间的方波输入时,它能够可靠地工作。我知道台式机 CPU 具有可以以这些速度运行的逻辑门,但我不知道有任何 IC 可以做到这一点。我应该尝试用晶体管构建门吗?

此外,在这些速度下,我是否需要担心使用接地层、斜接弯曲和微带?

4个回答

最快的逻辑系列长期以来一直是 ECL。虽然近来经常被忽视,但诸如 PECL 和 LVPECL(本质上是正电源 ECL 和差分 PECL)的发展使该系列始终处于逻辑开关的最前沿。先前的多个电源和负电压的限制已被消除,但在许多情况下都具有向后兼容性。

MC10EP08 / MC100EP08 设备将满足您的要求 http://www.onsemi.com/pub_link/Collat ​​eral/MC10EP08-D.PDF

不太好,但也几乎符合您的规格 http://www.onsemi.com/pub_link/Collat ​​eral/MC10EL07-D.PDF

可从 Digikey(库存) http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=MC100EP08DTGOS-ND

在 PECL 模式下,这些将在 Vcc = 3.3V 至 5V 和 Vee = 0V 的范围内工作。

最大频率额定为 > 3 GHz(典型值),传播延迟为 250 皮秒(!)典型值,在 25C 时最大为 300 皮秒,周期到周期抖动 < 1 ps。

Digikey 列出了一系列 ECL 门。

虽然 3 GHz 操作可能最好留给现有的门(例如这些门),但使用具有 ECL 类型拓扑的分立部件自己实现超高速门相对容易。查看旧 ECL 门的等效电路是一个良好的开端(现代数据表通常只提供整体功能图,而没有关于如何实现结果的线索)。盖茨本质上是非常熟悉的长尾对型排列。每次努力和成本的性能可能比大多数其他方法要好得多。

一个关于“LVPECL、VML、CML 和 LVDS 电平之间的接口”的优秀 TI 教程,其中讨论了阻抗匹配、传输线、反射、偏置......,并包括如何实现功能的图表。

http://focus.ti.com/lit/an/slla120/slla120.pdf

我建议改变方法。您没有说为什么需要这样的 XOR,但我会​​建议,如果您要询问有关斜接角和接地层的问题,那么您实际上并不具备执行这种电路所需的条件。不要生气,因为我怀疑这个网站上 99.99% 的人都做不到——包括我,而且我以前做过 GHz 电路!因此,与其尝试进行 3 GHz XOR,我建议您找到一种不同的方式来以不需要如此快的速度来完成您想要的事情。

只是为了让自己清楚,这就是为什么我建议改变你的方法......假设你可以做一个 3 GHz XOR,那么这里是你将面临的一些问题和解决方案:

  1. 你不会用单个晶体管来做这件事,太慢了。TTL 类型的部件也太慢了。相反,您将不得不考虑一些高速逻辑部件。过去,您可能会使用 ECL 或 PECL 部件(不同的系列,如 TTL,但不是)。我不知道你现在会使用什么,或者即使 ECL/PECL 部件仍然存在。当然,定制芯片也可以做到这一点,但成本很高。

  2. 绝对是地平面。受控阻抗PCB,是的。可能是 6 层或 8 层 PCB,具体取决于其他要求。至少4层,当然。斜接弯曲,也可以。绝对是微带/微平面走线。当然,您必须非常关注 PCB 布局。请记住,3 GHz 约为 0.333 ns。

  3. 一旦你把它全部建成,让我们说它不起作用。然后呢?拿出 o-scope!大多数最喜欢的 o-scopes 的最高频率约为 100 MHz。在我的办公室里,我有一个 1 GHz 的 4 通道示波器,价格为 10K 美元,但 1 GHz 探头要额外花费 2K 美元。您至少需要 5 或 6 GHz 和 3 个示波器探头。我已经有一段时间没有给它们定价了,但这至少要花费 10,000 美元,甚至可能高达 30,000 美元。

所以,要做到这一点,你必须使用很难找到的部件,在多层 PCB 上进行复杂的布局,当它不能正常工作时(很可能不会),你将不得不花很多钱买一个 o-scope 来帮助你弄清楚。然后再次重复该过程,因为在 3 GHz 下,您无法重新加工 PCB 来修复缺陷。哎哟!

最后,这里是一些 On-Semi ECL XOR Gate 的链接: http ://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id= MC100EL07 看起来它可能,只是勉强,能够做到 2 GHz。3 GHz 看起来像是一个延伸,但并非完全不可能。他们确实有一个用于该芯片的评估板(哇,我以前从未见过用于 XOR 门的评估板)。如果您坚持走这条路,那么评估板可能是您的最佳选择(Digikey 售价 137 美元)。但是你仍然需要一个o-scope。

3GHz?伙计,你有真正的麻烦:-)

用晶体管制作不是一种选择——即使使用最快的晶体管,你也不会超过 100 Mhz。主要问题是走线长度和 EM 干扰和慢晶体管。

即使您有具有所需速度的单独芯片 - 您也必须非常担心传输带宽高达 10-15Ghz 的信号(要至少有一些可见的前沿,您需要能够传输多个目标数字频率)。此外,在这种速度下,信号反射将需要各处的阻抗匹配(=即,您不仅需要接地层,还需要特定的 PCB 厚度和走线宽度 + 端接)......地狱的世界。

唯一可靠的解决方案是将 XOR 门留在自定义 ASIC 中,而其余部分则保留在您的设备中。即使在 0.25 微米,您也可以轻松进行 3Ghz XOR。

对您来说可能有点多,但 Hittite 的 HMC721LC3C 适合 14 GHz。撰写本文时,Digikey 有 10 个库存。

您可以从他们的评估 PCB 中收集到一些可能有用的设计信息,其中大部分适用于要求不高的要求。

拥有快速采样范围真的很有用——您可以看到 PCB 弯曲、连接器、签证等引入的不连续性。这样的野兽可以从船锚 eBay 的调查结果中拼凑起来,只需几 K(美元),但它不会非常便携。