ต้องการประตู XOR ที่ทำงานได้สูงถึง 2 ถึง 3 GHz

13

ฉันได้พบกับสถานการณ์ที่ผิดปกติซึ่งฉันต้องการประตู XOR ที่จะทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเมื่อนำเสนอด้วยอินพุตคลื่นสี่เหลี่ยมที่มีความถี่ระหว่าง 2 ถึง 3 GHz ฉันรู้ว่าซีพียูเดสก์ท็อปมีลอจิกเกตที่สามารถทำงานได้ที่ความเร็วเหล่านี้ แต่ฉันไม่ทราบว่ามี IC ตัวใดที่จะทำสิ่งนี้ ฉันควรพยายามสร้างประตูออกจากทรานซิสเตอร์หรือไม่?

นอกจากนี้ที่ความเร็วเหล่านี้ฉันจำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับการใช้ระนาบกราวด์, เกลียวดัดหรือไมโครสตริปหรือไม่?

transistors digital-logic high-frequency

— okw
แหล่งที่มา

แน่นอนว่าเป็นเวลาตอบสนองที่รวดเร็วที่ต้องการ ... ฉันเดาว่า 74 ซีรี่ย์จะไม่ได้ใกล้เคียงกับการตัดมัสตาร์ด ... ;)

— Majenko

1

@okw องค์ประกอบที่สำคัญมากในการนี้ คนส่วนใหญ่จะสเป็คตามความถี่ของนาฬิกาของพวกเขา คุณต้องระบุความถี่ของหัวเข่า นี่คือ 1 / เวลาเพิ่มขึ้นของสัญญาณของคุณ ซึ่งหมายความว่าหากคุณมีนาฬิกา 3GHz ความถี่ที่หัวเข่าของคุณคือสิ่งที่จะกำหนดความต้องการแบนด์วิดท์ ฉันมีความหวังบางอย่าง แต่คุณรู้ไหมว่า mitred bend คืออะไรส่วนใหญ่ทำไม่ได้

— Kortuk

ขอบคุณสำหรับคำตอบโดยละเอียด - ฉันอาจต้องทบทวนการออกแบบใหม่และลดความต้องการความถี่ให้ต่ำลงเช่น 900MHz

— okw

คำถามนี้ทำให้ฉันนึกถึงว่า "ประตู A20" เป็นประตูภายนอกจริงและประตูต่อหน้า 486 ได้อย่างไร

— Yuhong Bao

13

ตระกูลลอจิกที่เร็วที่สุดมานานแล้วและยังคงเป็น ECL ในขณะที่มักถูกมองข้ามในช่วงไม่กี่ครั้งที่ผ่านมาการพัฒนาเช่น PECL และ LVPECL (บวกอย่างยิ่งในเชิงบวกต่อ ECL และอนุพันธ์ PECL) ทำให้ครอบครัวเป็นแนวหน้าของการสลับตรรกะ ข้อ จำกัด ก่อนหน้านี้ของวัสดุสิ้นเปลืองหลายตัวและแรงดันไฟฟ้าเชิงลบถูกกำจัดไปแล้ว แต่ด้วยความสามารถในการใช้งานร่วมกันได้ในหลายกรณี

อุปกรณ์ MC10EP08 / MC100EP08 จะตอบสนองความต้องการของคุณ http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC10EP08-D.PDF

ไม่ค่อยดีเท่าไหร่ แต่ก็เกือบจะได้พบกับสเป็คของคุณแล้ว http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC10EL07-D.PDF

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

ในโหมด PECL สิ่งเหล่านี้จะทำงานจาก Vcc = 3.3V ถึง 5V และ Vee = 0V

ความถี่สูงสุดได้รับการจัดอันดับเป็น> 3 GHz ทั่วไปพร้อมความล่าช้าในการเลื่อนตำแหน่ง 250 picosecond (!) ทั่วไปและ 300 picosecond สูงสุดที่ 25C พร้อมวงจรการวนรอบของ <1 ps

Digikey แสดงรายการช่วงของประตู ECL

ในขณะที่การทำงาน 3 GHz นั้นน่าจะดีที่สุดสำหรับประตูที่มีอยู่เช่นที่อยู่เหล่านี้มันค่อนข้างง่ายที่จะติดตั้งประตูความเร็วสูงด้วยตัวคุณเองโดยใช้ชิ้นส่วนที่แยกจากกันด้วยโทโพโลยีประเภท ECL การดูวงจรที่เทียบเท่ากับประตู ECL รุ่นเก่านั้นให้การเริ่มต้นที่ดี (โดยทั่วไปแล้วเอกสารข้อมูลสมัยใหม่จะให้ไดอะแกรมการทำงานโดยรวมโดยไม่มีเงื่อนงำว่าผลลัพธ์นั้นบรรลุเป้าหมายได้อย่างไร) ประตูนั้นเป็นที่คุ้นเคยอย่างมากในการจัดวางประเภทของเทลด์คู่ยาว ประสิทธิภาพต่อความพยายามและค่าใช้จ่ายนั้นมีแนวโน้มที่จะดีกว่าวิธีการอื่น ๆ

บทช่วยสอน TI ที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับ "การเชื่อมต่อระหว่าง LVPECL, VML, CML และระดับ LVDS" พร้อมการอภิปรายเกี่ยวกับการจับคู่อิมพีแดนซ์สายส่งการสะท้อนกลับการให้น้ำหนัก ... และรวมถึงไดอะแกรมของวิธีการทำงาน

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

— Russell McMahon
แหล่งที่มา

12

ฉันขอแนะนำให้เปลี่ยนแนวทาง คุณไม่ได้บอกว่าทำไมคุณถึงต้องการแฮคเกอร์แบบนี้ แต่ฉันจะเสนอว่าถ้าคุณถามคำถามเกี่ยวกับมุมเอียงและระนาบกราวน์คุณก็ไม่มีสิ่งที่จะทำวงจรนี้ อย่าทำผิดเพราะฉันสงสัยว่า 99.99% ของผู้คนในเว็บไซต์นี้ไม่สามารถทำได้ - รวมถึงฉันและฉันได้ทำวงจร GHz มาก่อน! ดังนั้นแทนที่จะพยายามทำ 3 GHz XOR ฉันขอแนะนำให้คุณค้นหาวิธีอื่นในการบรรลุสิ่งที่คุณต้องการในแบบที่ไม่ต้องการความเร็วที่รวดเร็วเช่นนี้

นี่คือสาเหตุที่ฉันขอแนะนำให้เปลี่ยนแนวทางของคุณ ... สมมติว่าคุณสามารถทำ 3 GHz XOR จากนั้นนี่คือปัญหาและแนวทางแก้ไขบางส่วนที่คุณต้องเผชิญ:

คุณจะไม่ทำสิ่งนี้จากทรานซิสเตอร์แต่ละตัวช้าเกินไป ส่วนประเภท TTL ก็ช้าเกินไปเช่นกัน คุณต้องคิดถึงชิ้นส่วนลอจิกความเร็วสูงแทน ย้อนกลับไปในวันที่คุณอาจใช้ชิ้นส่วน ECL หรือ PECL (ตระกูลอื่นเช่น TTL แต่ไม่ใช่) ฉันไม่รู้ว่าคุณจะใช้อะไรตอนนี้หรือแม้ว่าชิ้นส่วน ECL / PECL จะยังอยู่ แน่นอนว่าชิปที่กำหนดเองจะทำเช่นนั้นด้วยราคาที่สูงมาก
ระนาบพื้นอย่างแน่นอน PCB ที่ควบคุมความต้านทาน, yup อาจจะเป็น 6 หรือ 8 layer PCB ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดอื่น ๆ อย่างน้อย 4 ชั้นแน่นอน Mitered bends ก็เช่นกัน ร่องรอย Microstrip / microplane อย่างแน่นอน และแน่นอนคุณจะต้องให้ความสำคัญกับเค้าโครง PCB อย่างใกล้ชิด จำไว้ว่า 3 GHz ประมาณ 0.333 ns
เมื่อคุณได้รับมันทั้งหมดที่สร้างขึ้นสมมติว่ามันไม่ทำงาน แล้วไง? ออกจากขอบเขต! o ขอบเขตสูงสุดอดิเรกที่สุดส่วนใหญ่ที่ประมาณ 100 MHz ในสำนักงานของฉันฉันมี 1 GHz, 4-channel scope ที่ราคา US $ 10K, แต่โพรบ 1 GHz มีราคาเพิ่มอีก US $ 2K คุณจะต้องโพรบอย่างน้อย 5 หรือ 6 GHz และ 3 ขอบเขต ฉันยังไม่ได้กำหนดราคาในขณะนี้ แต่จะมีราคาอย่างน้อย US $ 10K และอาจสูงถึง US $ 30K

ดังนั้นในการทำเช่นนั้นคุณจะต้องใช้ชิ้นส่วนที่หายากทำเลย์เอาต์ที่ซับซ้อนบน PCB แบบหลายเลเยอร์และเมื่อมันไม่ทำงานค่อนข้างถูกต้อง ใช้จ่ายเงินจำนวนมากในขอบเขตที่จะช่วยให้คุณคิดออก จากนั้นทำซ้ำขั้นตอนอีกครั้งเพราะด้วยความเร็ว 3 GHz คุณจะไม่สามารถทำงานซ้ำ PCB เพื่อแก้ไขข้อบกพร่องได้ อุ๊ย!

และสุดท้ายนี่คือลิงค์ไปยัง On-Semi ECL XOR Gate บางส่วน: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=MC100EL07 ดูเหมือนว่ามันอาจจะทำได้เพียง 2 GHz 3 GHz ดูเหมือนจะยืดออก แต่ไม่สมบูรณ์ พวกเขามีบอร์ด Eval สำหรับชิปนั้น (ว้าวฉันไม่เคยเห็นบอร์ด Eval สำหรับประตู XOR มาก่อน) หากคุณยืนยันที่จะลงสู่เส้นทางนี้บอร์ด Eval อาจเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดของคุณ (US $ 137 ที่ Digikey) แต่คุณยังคงต้องมีขอบเขต

1

ตรวจสอบ NBSG86A และ NB7L86M สำหรับชิ้นส่วนที่การอ้างสิทธิ์แบบกึ่งสามารถใช้เป็น XOR / XNOR ที่ 8 และ 12 GHz ตามลำดับ ที่จริงแล้วพวกมันคือ 2: 1 MUXes ซึ่งสามารถต่อเข้ากับประตูใดก็ได้ พวกเขาไม่ได้อธิบายถึงวิธีเชื่อมโยงฟังก์ชั่น XOR เพื่อให้ได้การยุติที่ถูกต้อง

— โฟตอน

4

3GHz? เพื่อนคุณมีปัญหาจริง :-)

การสร้างทรานซิสเตอร์ไม่ใช่ตัวเลือก - คุณจะไม่ไปไกลเกิน 100 Mhz แม้จะใช้ทรานซิสเตอร์ที่เร็วที่สุด ปัญหาหลักคือความยาวการติดตามและการรบกวน EM และทรานซิสเตอร์สโลเวเนีย

แม้ว่าคุณจะมีชิปแยกด้วยความเร็วที่ต้องการ - คุณจะต้องกังวลมากเกี่ยวกับการส่งสัญญาณด้วยแบนด์วิดธ์สูงถึง 10-15Ghz (เพื่อให้มีมุมมองที่มองเห็นได้อย่างน้อยคุณจะต้องสามารถถ่ายโอนความถี่ดิจิตอลเป้าหมายได้หลายตัว) นอกจากนี้ด้วยความเร็วนี้การสะท้อนสัญญาณจะต้องมีการจับคู่อิมพีแดนซ์ทุกที่ (= คือคุณไม่เพียงต้องการระนาบกราวด์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงความหนาของ PCB ที่เฉพาะเจาะจงและความกว้างของการติดตาม + การสิ้นสุด)

ทางออกที่เชื่อถือได้เพียงอย่างเดียวคือปล่อยให้ประตู XOR นั้นอยู่ภายใน ASIC ที่กำหนดเองซึ่งมีอุปกรณ์ของคุณเหลืออยู่ ถึง 0.25um คุณก็สามารถมี 3Ghz XOR ได้อย่างง่ายดาย

— BarsMonster
แหล่งที่มา

1

นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมไมโครโปรเซสเซอร์ความเร็วสูงที่ทันสมัยที่สุดจึงมีอินเตอร์เฟซความเร็วต่ำเปรียบเทียบกับเมนบอร์ดและทำงานที่ความเร็วหลายเท่าภายใน ระยะทางในชิปน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเมนบอร์ด ในขณะที่เป็นไปได้ที่จะพูดถึงบัสขนาด 2.66GHz บนโปรเซสเซอร์ แต่ก็ทำให้เมนบอร์ดไม่สามารถทำงานได้จริง

— Majenko

3

นาโนวินาทีเป็นแสงเท้าในแง่การแพร่กระจายที่ lightspeed อีกต่อไปบน PCB แม้ว่าจะไม่เหมาะกับคนที่ใจอ่อน แต่อย่างใด IC ของสิ่งที่ฉันระบุไว้นั้นถูกสร้างขึ้นมาเพื่อใช้งานจริงและเป็นไปได้ แม้ว่าจะมีการใช้งานใน ASIC ฯลฯ สัญญาณจะต้องได้รับการจัดการ ข้อกำหนดอาจเป็น "ทำไม่ได้" แต่ถ้าเขามีในทางปฏิบัติแล้ว PECL จะอนุญาตให้พบกับการดูแลและทักษะที่เหมาะสม หากไม่มีการดูแลและทักษะอย่างเหมาะสมด้วยความเร็ว 3 GHz จะไม่มีการแก้ปัญหาใด ๆ

— รัสเซลแม็คมาฮอน

1

อาจจะค่อนข้างมากสำหรับคุณ แต่ HMC721LC3C จาก Hittite นั้นดีสำหรับ 14 GHz Digikey มี 10 ในสต็อกของการเขียนนี้

มีข้อมูลการออกแบบบางอย่างที่อาจเป็นประโยชน์ที่คุณสามารถรวบรวมได้จาก PCB การประเมินของพวกเขาซึ่งส่วนใหญ่จะสามารถใช้ได้กับความต้องการที่น้อยลง

มันมีประโยชน์จริง ๆ ที่จะมีขอบเขตการสุ่มตัวอย่างอย่างรวดเร็ว - คุณสามารถเห็นความไม่ต่อเนื่องที่เกิดขึ้นจากการโค้งของ PCB, ตัวเชื่อมต่อ, วีซ่าและสัตว์อื่น ๆ ที่สามารถถูกปูด้วยกันได้ พกพาสะดวกมาก

— Spehro Pefhany
แหล่งที่มา