Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing Doc ID: Author: PAN0903041 Eddy Van Keulen Nim Cho Lam Joe Sung Jason Fang Date: 03-04-2009 Revision: 1 ABSTRACT: Standard application and testing of PECL output with 50 ohm to VDD-2V termination requires two power supplies and grounds. In case only a single power supply is used, a method has been developed to match the ‘scope’ and ‘IC’ (Integrated Circuit) grounds. STATEMENT OF CHALLENGE: VDD Scope : 50 Ohm DC coupled COAX 50 Ohm VDD-2V 0 Figure 1: Standard termination of PECL Output Standard termination method (see figure 1) needs two power supplies with one being used as the ‘scope’ ground. In a typical application, VDD is 3.3V; VDD-2V=1.3V (‘scope’ ground); GND=0V (‘IC’ ground). With a single power supply, the challenge is that ‘scope’ ground must equal ‘IC’ ground and that is equivalent to terminating PECL output to VDD-3.3V which is incorrect. ARCHITECTURE OF SOLUTION: A transformation network that will let the PECL output see a 50 ohm to VDD-2V termination and at the same time allows the scope to match impedance with a 50 ohm cable to IC ground is needed. Figure 2 provides a method of testing PECL outputs when using a single power supply that matches the impedance between the scope and the IC ground. 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 1 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing VDD Scope : 50 Ohm DC coupled VDD R1 R3 P Q COAX 50 Ohm R2 0 0 0 0 Figure 2 Recommended Method of PECL Output Testing with a Single Power Supply In order to calculate the R1, R2, R3, values, we can follow the following simple steps: Step 1: Using the Thevenin Equivalent, we can see that 3.3V 130 = 82 0 A 50 3.3V-2V B Figure 3 Thevenin Equivalent Circuit A is Thevenin equivalent of circuit B in figure3. Step 2: We would like to see a simple ratio of voltage amplitude between VP and VQ for convenience (see figure 2). Therefore, we choose R3 ≈ 450 ohm so that VQ/VP ≈ 50/(450+50) ≈ 1/10. It is relating measured amplitude to true amplitude by a simple factor of 10. Step 3: We choose R1 =130 ohm which is common in some PECL applications. Step 4: R2//(R3+50) = 82 ohm implies R2 is 98 ohm. Notes: With the recommended method, one should multiply the measured amplitude by 10 in order to obtain the true PECL output amplitude. 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 2 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing RECOMMENDED IMPLEMENTATIONS: A. Cable: SMA Cable B. Resistors: z 1% Tolerance Resistors: z R1=127Ω R2=100Ω R3=453Ω Resistors’ size should be at least 0603. TEST FIXTURE AND TEST RESULT: Figure 4 Standard termination of PECL Output Testing with Two Power Supplies Figure 5 Standard termination of PECL Output Testing with Two Power Supplies Text Result 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 3 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing Figure 6 Recommended Solution with a Single Power Supply Figure 7 Recommended Method with a Single Power Supply Test Result SUMMARY OF TEST RESULT: sample 1 sample 2 sample 3 sample 4 sample 5 Recommend Method with Single Power Supply (mV) 97.2 97.5 95.7 94.4 99.8 Standard Method with Two Power Supplies (mV) 996 997 972 967 991 Ratio 10.24691 10.22564 10.15674 10.24364 9.92986 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 4 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing 单电源及 50 欧姆阻抗匹配的 PECL 输出测试 文件号：PAN 0903041 编写者： Eddy van Keulen Nim Cho Lam Joe Sung Jason Fang 日期： 版別： 摘要： （林念祖） （宋乃仁） （方伟杰） 2009 年 3 月 4 日 1 标准 PECL 输出的应用及测试是一个 50Ω到 VDD-2V 的信号传输，需要两个电源供应 器，假如只有一个电源供应器可用，有一个方法已经被开发来匹配示波器接地端及 IC 接地 端。 挑战任务说明： VDD Scope : 50 Ohm DC coupled COAX 50 Ohm VDD-2V 0 图一：标准 PECL 输出的测试方法 1. 标准方法（图一）需要两组电源而且其中一个电源被使用在示波器接地端，在典型的应 用下，VDD 是 3.3V,VDD-2V=1.3V（示波器接地端)，GND=0V（IC 接地端）。 2. 在使用 1 組电源的挑战是示波器接地端必須和 IC 接地端接在一起，而且 PECL 输出的传 输必须符合 50Ω到 VDD-2V。 应用上的解決方法： 在传输线的网络，從 PECL 输出看过去，必須看見是 50Ω到 VDD-2V，同時由示波器方向看过去，又必須符 合 50Ω阻抗匹配到 IC 的接地端。 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 5 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing 单电源及 50 欧姆阻抗匹配的 PECL 输出测试 解決办法： VDD Scope : 50 Ohm DC coupled VDD R1 R3 P Q COAX 50 Ohm R2 0 0 0 0 圖二：單電源解決方案 Step 1：从著作文献里我們可以得知，下面 A 和 B 兩個图是等同的。 3.3V 130 = 82 0 50 3.3V-2V A B 圖三、Thevenin Equivalent Step 2：我們想要看見一個简单的比例输出振幅在 VP 和 VQ 之间（图二），因此我們选择 R3=450Ω，所以 。 Step 3：我們选择 R1=130Ω。 Step 4：由计算可以求出 R2 的值： R2 // (R3+50Ω) = R2 // (450Ω+50Ω) = 82Ω => R2 = 98Ω 注意：在這個建议的方法，工程师应该將测量到的振幅乘上 10 倍 ，才是 PECL 输出的实际振幅值。 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 6 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing 单电源及 50 欧姆阻抗匹配的 PECL 输出测试 建议方案： 1. 传输线：使用 SMA 传输线。 2. 电阻： 电阻(1%误差)： R1=127Ω R2=100Ω R3=453Ω 电阻的大小至少是 0603. 测试配件及测试结果： 图四：标准 PECL 输出传输测试（使用兩組电源） 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 7 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing 单电源及 50 欧姆阻抗匹配的 PECL 输出测试 图五: 标准测试方法使用双电源的波形图 图六：建议方案（使用单電源） 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 8 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing 单电源及 50 欧姆阻抗匹配的 PECL 输出测试 图七：使用单电源的波形图 测试结果概要： sample 1 建议方案使用单电源 (mV) 97.2 标准方案使用双电源 (mV) 996 sample 2 97.5 997 10.22564 sample 3 97.5 972 10.15674 sample 4 94.4 967 10.24364 sample 5 99.8 991 9.92986 输出比例 10.24691 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 9 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing 單電源及 50Ω 阻抗匹配的 PECL 輸出測試 文件：PAN 0903041 編寫者： Eddy van Keulen Nim Cho Lam （林念祖） Joe Sung （宋乃仁） Jason Fang （方偉傑） 日期： 2009 年 3 月 4 日 版別： 1 摘要： 標準 PECL 輸出的應用及測試是有一個 50Ω 到 VDD-2V 的信號傳輸，需要兩個電源供 應器，假如只有一個電源供應器可用，有一個方法已經被開發來匹配示波器接地端及 IC 接 地端。 挑戰任務說明： VDD Scope : 50 Ohm DC coupled COAX 50 Ohm VDD-2V 0 圖一：標準 PECL 輸出的測試方法 3. 標準方法（圖一）需要兩組電源而且其中一個電源被使用在示波器接地端，在典型的應 用下，VDD 是 3.3V，VDD-2V=1.3V (示波器接地端)，GND=0V（IC 接地端）。 4. 在使用 1 組電源的挑戰是示波器接地端必須和 IC 接地端接在一起，而且 PECL 輸出的 傳輸必須符合 50Ω 到 VDD-2V。 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 10 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing 單電源及 50Ω 阻抗匹配的 PECL 輸出測試 應用上的解決方法： 在傳輸線的網路，從 PECL 輸出看過去，必須看見是 50Ω 到 VDD-2V，同時由示波器方向看過去，又必 須符合 50Ω 阻抗匹配到 IC 的接地端。 解決辦法： VDD Scope : 50 Ohm DC coupled VDD R1 R3 P Q COAX 50 Ohm R2 0 0 0 0 圖二：單電源解決方案 Step 1：從著作文獻裡我們可以得知，下面 A 和 B 兩個圖是等同的。 3.3V 130 = 82 0 50 3.3V-2V A B 圖三、Thevenin Equivalent Step 2：我們想要看見一個簡單的比例輸出振幅在 VP 和 VQ 之間（圖二），因此我們選擇 R3=450Ω ，所以 。 Step 3：我們選擇 R1=130Ω 。 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 11 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing 單電源及 50Ω 阻抗匹配的 PECL 輸出測試 Step 4：由計算可以求出 R2 的值： R2 // (R3+50Ω ) = R2 // (450Ω +50Ω ) = 82Ω => R2 = 98Ω 注意：在這個建議的方法，工程師應該將量測到的振幅乘上 10 倍 ，才是 PECL 輸出的實際振幅值。 建議方案： 3. 傳輸線：使用 SMA 傳輸線。 4. 電阻： 電阻(1%誤差)： R1=127Ω R2=100Ω R3=453Ω 電阻的大小至少是 0603. 測試配件及測試結果： 圖四：標準 PECL 輸出傳輸測試（使用兩組電源） 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 12 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing 單電源及 50Ω 阻抗匹配的 PECL 輸出測試 圖五：標準測試方法使用雙電源的波形圖 圖六：建議方案（使用單電源） 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 13 Application Notes PECL Output with Single Supply 50 ohm Termination Testing 單電源及 50Ω 阻抗匹配的 PECL 輸出測試 圖七：使用單電源的波形圖 測試結果概要： 建議方案使用單電源 標準方案使用雙電源 (mV) (mV) sample 1 97.2 996 10.24691 sample 2 97.5 997 10.22564 sample 3 97.5 972 10.15674 sample 4 94.4 967 10.24364 sample 5 99.8 991 9.92986 輸出比例 47745 Fremont Blvd., Fremont, California 94538 Tel (510) 492-0990 Fax (510) 492-0991 www.phaselink.com 03/04/09 Page 14