Necesita una puerta XOR que funcione hasta 2 a 3 GHz

Me he encontrado con una situación inusual en la que necesito una puerta XOR que funcionará de manera confiable cuando se presente con una entrada de onda cuadrada con una frecuencia entre 2 y 3 GHz. Sé que las CPU de escritorio tienen puertas lógicas que pueden funcionar a estas velocidades, pero no conozco ningún IC que haga esto. ¿Debo tratar de construir la puerta con transistores?

Además, a estas velocidades, ¿debo preocuparme por el uso de planos de tierra, curvas a inglete y microstrip?

La familia lógica más rápida ha sido y sigue siendo ECL. Si bien a menudo se pasa por alto en los últimos tiempos, desarrollos como PECL y LVPECL (ECL de suministro esencialmente positivo y PECL diferencial) han mantenido a la familia a la vanguardia de la conmutación lógica. Se han eliminado las limitaciones anteriores de múltiples suministros y voltajes negativos, pero con la compatibilidad hacia atrás disponible en muchos casos.

Los dispositivos MC10EP08 / MC100EP08 cumplirían con sus requisitos http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC10EP08-D.PDF

No es tan bueno, pero casi cumple con sus especificaciones http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC10EL07-D.PDF

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

En modo PECL, estos operarán desde Vcc = 3.3V a 5V y Vee = 0V.

La frecuencia máxima se clasifica como> 3 GHz típica con retrasos de propagación de 250 picosegundos (!) Típicos y 300 picosegundos como máximo a 25 ° C con fluctuación de ciclo a ciclo de <1 ps.

Digikey enumera una gama de puertas ECL.

Si bien la operación de 3 GHz probablemente sea mejor dejarla en puertas existentes como estas, es relativamente fácil implementar puertas de velocidad extremadamente alta usted mismo usando partes discretas con topología de tipo ECL. Mirar los circuitos equivalentes de las compuertas ECL más antiguas da un buen comienzo (las hojas de datos modernas generalmente solo proporcionan diagramas funcionales generales sin pistas sobre cómo se logran los resultados). Las compuertas son esencialmente arreglos de pares de cola larga muy familiares. Es probable que el rendimiento por esfuerzo y costo sea mucho mejor que para la mayoría de los otros enfoques.

Un excelente tutorial de TI sobre "Interfaz entre los niveles LVPECL, VML, CML y LVDS" con debates sobre la coincidencia de impedancia, líneas de transmisión, reflexiones, polarización ... e incluye diagramas de cómo se logra la funcionalidad.

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

Sugiero un cambio de enfoque. No dice por qué necesita un XOR de este tipo, pero le propondré que si hace preguntas sobre las esquinas y los planos de tierra, entonces realmente no tiene lo que se necesita para hacer este tipo de circuito. No se ofenda por eso, ya que sospecho que el 99.99% de las personas en este sitio no podrían hacer eso, ¡incluyéndome a mí, y he hecho circuitos de GHz antes! Entonces, en lugar de tratar de hacer un XOR de 3 GHz, sugiero que encuentre una forma diferente de lograr lo que desea de una manera que no necesite velocidades tan rápidas.

Solo para aclararme, he aquí por qué sugiero cambiar su enfoque ... Digamos que podría hacer un XOR de 3 GHz, luego aquí están algunos de los problemas y soluciones que enfrentaría:

1. No haría esto con transistores individuales, demasiado lento. Las piezas de tipo TTL también son demasiado lentas. En cambio, tendría que pensar en algunas partes lógicas de alta velocidad. En el pasado, podría usar partes ECL o PECL (una familia diferente, como TTL pero no). No tengo idea de lo que usarías ahora, o incluso si las partes ECL / PECL todavía están alrededor. Por supuesto, los chips personalizados también lo harán, a un costo enorme.

2. Aviones de tierra, absolutamente. Impedancia controlada de PCB, sí. Tal vez PCB de 6 u 8 capas, dependiendo de otros requisitos. Al menos 4 capas, seguro. Las curvas a inglete, también podrían hacerlo. Microstrip / microplane traces, absolutamente. Y, por supuesto, tendrá que prestar mucha atención al diseño de PCB. Recuerde que 3 GHz es aproximadamente 0.333 ns.

3. Una vez que lo haya construido todo, digamos que no funciona. ¿Y que? ¡Fuera del alcance! La mayoría de los o-scopes más hobby alcanzan alrededor de 100 MHz. En mi oficina tengo un alcance de 4 canales de 1 GHz que cuesta US $ 10K, pero la sonda de 1 GHz cuesta US $ 2K adicionales. Necesitará al menos 5 o 6 GHz y 3 sondas de alcance. No los he tasado en mucho tiempo, pero eso costará al menos US $ 10K, y tal vez hasta US $ 30K.

Entonces, para hacerlo, tendrá que usar piezas que son difíciles de encontrar, hacer un diseño complejo en una PCB multicapa, y cuando no funcione bien (lo más probable es que no lo haga) tendrá que gastar mucho dinero en un o-scope para ayudarlo a resolverlo. Luego repita el proceso nuevamente, porque a 3 GHz no puede volver a trabajar su PCB para corregir los defectos. ¡Ay!

Y, por último, aquí hay un enlace a una puerta XOR XL en el Semi ECL: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=MC100EL07 Parece que, apenas, podría funcionar a 2 GHz. 3 GHz parece un tramo, pero no completamente descartado. Tienen una placa de evaluación para ese chip (wow, nunca he visto una placa de evaluación para una puerta XOR antes). Si insiste en seguir este camino, esa tabla de evaluación podría ser su mejor opción (US $ 137 en Digikey). Pero aún necesitarás un osciloscopio.

3Ghz? Amigo, tienes problemas reales :-)

Hacer transistores no es una opción: no superarás los 100 Mhz incluso con los transistores más rápidos. El principal problema son las longitudes de trazas y la interferencia EM y los transistores sloooooww.

Incluso si tiene un chip separado con la velocidad requerida: tendrá que preocuparse mucho por transmitir la señal con un ancho de banda de hasta 10-15Ghz (para tener al menos algunos frentes visibles, debe poder transferir múltiples de su frecuencia digital objetivo). Además, a esta velocidad, las reflexiones de la señal requerirán una coincidencia de impedancia en todas partes (= es decir, no solo necesita un plano de tierra, sino también un grosor específico de PCB y anchos de rastreo + terminación) ... Mundo del infierno.

La única solución confiable es dejar esa puerta XOR dentro del ASIC personalizado con el resto de su dispositivo. Incluso a 0.25um puede tener 3Ghz XOR fácilmente.

Probablemente sea un poco demasiado para ti, pero el HMC721LC3C de Hittite es bueno para 14 GHz. Digikey tiene 10 en stock a partir de este escrito.

Hay cierta información de diseño que podría ser útil que podría obtener de su PCB de evaluación, gran parte de la cual sería aplicable a requisitos menos exigentes.

Es realmente útil tener un alcance de muestreo rápido: puede ver las discontinuidades introducidas por las curvas de PCB, los conectores, la visa, etc. t sea muy portátil.