Ich bin auf eine ungewöhnliche Situation gestoßen, in der ich ein XOR-Gatter benötige, das zuverlässig funktioniert, wenn ein Rechteckeingang mit einer Frequenz zwischen 2 und 3 GHz vorliegt. Ich weiß, dass Desktop-CPUs Logikgatter haben, die bei diesen Geschwindigkeiten funktionieren können, aber ich kenne keinen IC, der dies tut. Sollte ich versuchen, das Gate aus Transistoren zu bauen?
Muss ich mir bei diesen Geschwindigkeiten auch Gedanken über die Verwendung von Grundebenen, Gehrungsbögen und Mikrostreifen machen?
Antworten:
Die schnellste Logikfamilie war und ist ECL. Entwicklungen wie PECL und LVPECL (im Wesentlichen Positive Supplty ECL und Differential PECL), die in der letzten Zeit häufig übersehen wurden, haben die Familie an der Spitze der Logikumschaltung gehalten. Die bisherigen Einschränkungen von Mehrfachversorgungen und negativen Spannungen wurden beseitigt, aber in vielen Fällen ist eine Abwärtskompatibilität möglich.
Die Geräte MC10EP08 / MC100EP08 erfüllen Ihre Anforderungen. Http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC10EP08-D.PDF
Nicht ganz so gut, entspricht aber fast Ihrer Spezifikation http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC10EL07-D.PDF
Verfügbar bei Digikey (auf Lager) http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=MC100EP08DTGOS-ND
Im PECL-Modus arbeiten diese von Vcc = 3,3 V bis 5 V und Vee = 0 V.
Die maximale Frequenz wird als> 3 GHz (typisch) mit Ausbreitungsverzögerungen von 250 Pikosekunden (!) (Typisch) und 300 Pikosekunden (maximal) bei 25 ° C (Jitter von Zyklus zu Zyklus <1 ps) eingestuft.
Digikey listet eine Reihe von ECL-Gates auf.
Während der 3-GHz-Betrieb wahrscheinlich am besten bestehenden Gattern wie diesen überlassen wird, ist es relativ einfach, selbst extrem schnelle Gatter unter Verwendung diskreter Teile mit ECL-Topologie zu implementieren. Ein Blick auf die Ersatzschaltbilder älterer ECL-Gatter bietet einen guten Einstieg (moderne Datenblätter geben in der Regel nur allgemeine Funktionsdiagramme ohne Anhaltspunkte dafür, wie die Ergebnisse erzielt werden). Gates sind im Wesentlichen sehr bekannte Long-Tailed-Pair-Anordnungen. Die Leistung pro Aufwand und Kosten dürfte erheblich besser sein als bei den meisten anderen Ansätzen.
Ein hervorragendes TI-Tutorial zum Thema "Schnittstellen zwischen LVPECL-, VML-, CML- und LVDS-Ebenen" mit Erläuterungen zu Impedanzanpassung, Übertragungsleitungen, Reflexionen, Vorspannung usw. sowie Diagrammen zur Funktionsweise.
http://focus.ti.com/lit/an/slla120/slla120.pdf
quelle
Ich schlage eine Änderung des Ansatzes vor. Sie sagen nicht, warum Sie ein solches XOR benötigen, aber ich schlage vor, dass Sie, wenn Sie Fragen zu Gehrungsecken und Grundebenen stellen, nicht wirklich über das nötige Know-how verfügen, um diese Art von Schaltung durchzuführen. Seien Sie nicht beleidigt, da ich vermute, dass 99,99% der Leute auf dieser Seite das nicht können - einschließlich mir - und ich habe schon GHz-Strecken gefahren! Anstatt also zu versuchen, ein 3-GHz-XOR durchzuführen, schlage ich vor, dass Sie einen anderen Weg finden, um das zu erreichen, was Sie wollen, und zwar auf eine Weise, die nicht so hohe Geschwindigkeiten erfordert.
Um mich selbst klar zu machen, hier ist der Grund, warum ich eine Änderung Ihres Ansatzes vorschlage ... Nehmen wir an, Sie könnten ein 3-GHz-XOR durchführen, und hier sind einige der Probleme und Lösungen, mit denen Sie konfrontiert werden:
Sie würden dies nicht aus einzelnen Transistoren heraus tun, zu langsam. Teile vom Typ TTL sind auch viel zu langsam. Stattdessen müssten Sie über einige Hochgeschwindigkeits-Logikteile nachdenken. Früher konnten Sie ECL- oder PECL-Teile verwenden (eine andere Familie, wie TTL, aber nicht). Ich habe keine Ahnung, was Sie jetzt verwenden würden, oder auch wenn die ECL / PECL-Teile noch vorhanden sind. Natürlich tun es auch kundenspezifische Chips, und das zu einem enormen Preis.
Grundflugzeuge, absolut. Controlled Impedance PCBs, ja. Möglicherweise 6 oder 8-lagige Leiterplatten, abhängig von anderen Anforderungen. Sicherlich mindestens 4 Schichten. Genauso gut könnte es sein, dass die Biegungen auf Gehrung ausgerichtet sind. Spuren von Mikrostreifen / Mikroplatten, absolut. Und natürlich müssen Sie sehr genau auf das Layout der Leiterplatten achten. Denken Sie daran, dass 3 GHz ungefähr 0,333 ns sind.
Wenn Sie alles fertig haben, sagen wir, dass es nicht funktioniert. Dann was? Holen Sie sich das O-Scope! Die meisten der hobbysten O-Scopes erreichen eine Spitzenfrequenz von etwa 100 MHz. In meinem Büro habe ich ein 4-Kanal-Oszilloskop mit 1 GHz, das 10.000 US-Dollar kostet, aber die 1-GHz-Sonde kostet zusätzlich 2.000 US-Dollar. Sie benötigen mindestens 5 oder 6 GHz und 3 Oszilloskopsonden. Ich habe sie schon eine Weile nicht mehr gepreist, aber das kostet mindestens 10.000 US-Dollar und vielleicht bis zu 30.000 US-Dollar.
Um dies zu erreichen, müssen Sie schwer zu findende Teile verwenden, ein komplexes Layout auf einer mehrschichtigen Leiterplatte erstellen und wenn es nicht richtig funktioniert (wahrscheinlich nicht), müssen Sie es tun Geben Sie viel Geld für ein O-Scope aus, um es herauszufinden. Wiederholen Sie den Vorgang dann erneut, da Sie Ihre Platine bei 3 GHz nicht nacharbeiten können, um die Fehler zu beheben. Autsch!
Und zum Schluss hier ein Link zu einem On-Semi-ECL-XOR-Gate: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=MC100EL07 Es sieht so aus, als könnte es kaum 2 GHz erreichen. 3 GHz sieht aus wie eine Strecke, kommt aber nicht ganz in Frage. Sie haben eine Evaluierungskarte für diesen Chip (wow, ich habe noch nie eine Evaluierungskarte für ein XOR-Gate gesehen). Wenn Sie darauf bestehen, diesen Weg zu beschreiten, ist dieses Evaluierungsboard möglicherweise Ihre beste Option (137 USD bei Digikey). Aber du brauchst immer noch ein O-Scope.
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3 GHz? Alter, du hast echte Probleme :-)
Das Herstellen von Transistoren ist keine Option - Sie werden auch mit schnellsten Transistoren nicht weit über 100 MHz gehen. Das Hauptproblem sind Leiterbahnlängen und EM-Interferenzen sowie langsame Transistoren.
Selbst wenn Sie einen separaten Chip mit der erforderlichen Geschwindigkeit haben - Sie müssen sich große Sorgen um die Übertragung von Signalen mit einer Bandbreite von 10-15 GHz machen (um zumindest einige sichtbare Fronten zu haben, müssen Sie in der Lage sein, mehrere Ihrer digitalen Zielfrequenzen zu übertragen). Auch bei dieser Geschwindigkeit müssen die Signalreflexionen überall an die Impedanz angepasst werden (dh Sie benötigen nicht nur die Masseebene, sondern auch die spezifische Leiterplattendicke und Leiterbahnbreite + Terminierung) ... Welt der Hölle.
Die einzige zuverlässige Lösung besteht darin, das XOR-Gatter in einem benutzerdefinierten ASIC zu belassen, auf dem sich der Rest Ihres Geräts befindet. Sogar bei 0.25um können Sie 3Ghz XOR leicht haben.
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Wahrscheinlich ein bisschen viel für Sie, aber die HMC721LC3C von Hittite ist gut für 14 GHz. Digikey hat derzeit 10 Stück auf Lager.
Es gibt einige nützliche Design-Informationen, die Sie auf der Evaluierungs-Leiterplatte finden können. Ein Großteil dieser Informationen ist für weniger anspruchsvolle Anforderungen geeignet.
Es ist wirklich nützlich, ein schnelles Sampling-Spektrum zu haben - Sie können die Diskontinuitäten sehen, die durch Leiterplattenbiegungen, Steckverbinder, Visa usw. verursacht werden. Ein solches Biest kann aus eBay-Ergebnissen für ein paar K (US-Dollar) zusammengeschustert werden, aber es hat gewonnen. ' nicht sehr portabel sein.
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