Besoin d'une porte XOR qui fonctionne jusqu'à 2 à 3 GHz

J'ai rencontré une situation inhabituelle dans laquelle j'ai besoin d'une porte XOR qui fonctionnera de manière fiable lorsqu'elle est présentée avec une entrée d'onde carrée avec une fréquence comprise entre 2 et 3 GHz. Je sais que les processeurs de bureau ont des portes logiques qui peuvent fonctionner à ces vitesses, mais je ne connais aucun circuit intégré qui le fera. Dois-je essayer de construire la grille à partir de transistors?

De plus, à ces vitesses, dois-je m'inquiéter de l'utilisation d'avions au sol, de virages à onglets et de microrubans?

La famille logique la plus rapide a longtemps été et est toujours ECL. Bien que souvent négligés ces derniers temps, des développements tels que PECL et LVPECL (essentiellement ECL à alimentation positive et PECL différentiel) ont maintenu la famille à la pointe de la commutation logique. Les limitations précédentes des alimentations multiples et des tensions négatives ont été supprimées, mais avec une compatibilité ascendante disponible dans de nombreux cas.

Les appareils MC10EP08 / MC100EP08 répondraient à vos besoins http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC10EP08-D.PDF

Pas tout à fait aussi bon mais aussi presque conforme à vos spécifications http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC10EL07-D.PDF

Disponible auprès de Digikey (en stock) http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=MC100EP08DTGOS-ND

En mode PECL, ceux-ci fonctionneront de Vcc = 3,3 V à 5 V et Vee = 0 V.

La fréquence maximale est évaluée à> 3 GHz typique avec des retards de propagation de 250 picosecondes (!) Typique et 300 picosecondes max à 25 ° C avec une gigue de cycle à cycle <1 ps.

Digikey liste une gamme de portes ECL.

Bien qu'il soit préférable de laisser le fonctionnement à 3 GHz aux portes existantes telles que celles-ci, il est relativement facile d'implémenter vous-même des portes à très haute vitesse en utilisant des pièces discrètes avec une topologie de type ECL. Regarder les circuits équivalents des anciennes portes ECL donne un bon départ (les fiches techniques modernes donnent généralement des diagrammes fonctionnels globaux sans aucun indice sur la façon dont les résultats sont obtenus). Les portes sont essentiellement des arrangements de type paire à longue queue très familiers. Les performances par effort et par coût sont susceptibles d'être bien meilleures que pour la plupart des autres approches.

Un excellent didacticiel TI sur "L'interface entre les niveaux LVPECL, VML, CML et LVDS" avec des discussions sur l'adaptation d'impédance, les lignes de transmission, les réflexions, la polarisation ..., et comprend des diagrammes sur la façon dont la fonctionnalité est obtenue.

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

Je propose un changement d'approche. Vous ne dites pas pourquoi vous avez besoin d'un tel XOR, mais je proposerai que si vous posez des questions sur les coins et les plans au sol, vous n'avez pas vraiment ce qu'il faut pour faire ce genre de circuit. Ne vous en offusquez pas, car je soupçonne que 99,99% des personnes sur ce site ne pourraient pas le faire - y compris moi, et j'ai déjà fait des circuits GHz! Donc, plutôt que d'essayer de faire un XOR à 3 GHz, je suggère que vous trouviez une manière différente d'accomplir ce que vous voulez d'une manière qui n'a pas besoin de vitesses aussi rapides.

Juste pour être clair, voici pourquoi je suggère de changer votre approche ... Disons que vous pourriez faire un XOR 3 GHz, alors voici quelques-uns des problèmes et solutions auxquels vous seriez confronté:

1. Vous ne feriez pas cela avec des transistors individuels, trop lentement. Les pièces de type TTL sont également beaucoup trop lentes. Au lieu de cela, vous devriez penser à certaines parties logiques à grande vitesse. À l'époque, vous pourriez utiliser des pièces ECL ou PECL (une famille différente, comme TTL mais pas). Je n'ai aucune idée de ce que vous utiliseriez maintenant, ni même si les pièces ECL / PECL sont toujours là. Bien sûr, les puces personnalisées le feront aussi, à un coût énorme.

2. Des plans au sol, absolument. PCB à impédance contrôlée, yup. Peut-être des PCB à 6 ou 8 couches, selon d'autres exigences. Au moins 4 couches, c'est sûr. Les virages à onglet, aussi bien. Des traces de microruban / microplan, absolument. Et bien sûr, vous devrez faire très attention à la disposition des PCB. N'oubliez pas que 3 GHz est d'environ 0,333 ns.

3. Une fois que vous avez tout construit, disons que cela ne fonctionne pas. Alors quoi? Sortez du cadre! La plupart des o-scopes les plus amateurs atteignent environ 100 MHz. Dans mon bureau, j'ai une portée 1 GHz à 4 canaux qui coûte 10 000 $ US, mais la sonde 1 GHz coûte 2 000 $ US supplémentaires. Vous aurez besoin d'au moins 5 ou 6 GHz et 3 sondes de portée. Je ne les ai pas évalués depuis un certain temps, mais cela coûtera au moins 10 000 $ US et peut-être jusqu'à 30 000 $ US.

Donc, pour ce faire, vous devrez utiliser des pièces difficiles à trouver, faire une mise en page complexe sur un PCB multicouche, et quand cela ne fonctionne pas tout à fait correctement (il y a de fortes chances que ce ne soit pas le cas), vous devrez dépenser beaucoup d'argent sur un o-scope pour vous aider à le comprendre. Répétez ensuite le processus à nouveau, car à 3 GHz, vous ne pouvez pas retravailler votre PCB pour corriger les défauts. Aie!

Et enfin, voici un lien vers une porte XOR On-Semi ECL: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=MC100EL07 Il semble que cela pourrait, à peine, être capable de faire 2 GHz. 3 GHz ressemble à un tronçon, mais pas complètement hors de question. Ils ont une carte d'évaluation pour cette puce (wow, je n'ai jamais vu de carte d'évaluation pour une porte XOR auparavant). Si vous insistez sur cette voie, cette carte d'évaluation pourrait être votre meilleure option (137 $ US chez Digikey). Mais vous aurez toujours besoin d'un o-scope.

3Ghz? Mec, tu as de vrais problèmes :-)

Faire des transistors n'est pas une option - vous n'irez pas bien au-delà de 100 Mhz même avec des transistors les plus rapides. Le principal problème est la longueur des traces, les interférences EM et les transistors sloooooww.

Même si vous avez une puce séparée avec la vitesse requise - Vous devrez vous soucier beaucoup de la transmission de signal avec une bande passante allant jusqu'à 10-15 GHz (pour avoir au moins quelques fronts visibles, vous devez être en mesure de transférer plusieurs de votre fréquence numérique cible). De plus, à cette vitesse, les réflexions du signal nécessiteront une adaptation d'impédance partout (= c'est-à-dire que vous avez besoin non seulement du plan de masse, mais également d'épaisseur de PCB spécifique et de largeurs de trace + terminaison) ... World of hell.

La seule solution fiable consiste à laisser cette porte XOR à l'intérieur d'un ASIC personnalisé ayant le reste de votre appareil. Même à 0,25 um, vous pouvez facilement disposer d'un XOR 3Ghz.

Probablement un peu pour vous, mais le HMC721LC3C de Hittite est bon pour 14 GHz. Digikey en a 10 en stock au moment de la rédaction de cet article.

Il y a des informations de conception qui pourraient être utiles que vous pourriez tirer de leur PCB d'évaluation, dont une grande partie serait applicable à des exigences moins exigeantes.

Il est vraiment utile d'avoir une portée d'échantillonnage rapide - vous pouvez voir les discontinuités introduites par les courbures de PCB, les connecteurs, les visas, etc. t être très portable.