CML电平学习笔记

1.基本原理

CML电路如图1 所示，输入部分为一射随器，假设T3管为N端，T4管为P端，当P大于N时即输入为高电平，反之为低电平。由于输入部分为射随器，输出端接收到高低电平的相位与输入端一致，当接收为高电平时，T5导通，其射极电位被钳位，导致T6截止，16mA电流均从T5流过，此时输出为低电平。输入为低时情况类似。可见，CML输入输出存在倒相的关系。

图1

2.为什么CML电路差分输出需要一个16mA的电流源？

差分放大电路使用一个电流源进行偏置，可以提高其共模抑制比，并且提供一个稳定的静态工作点（差分放大电路的具体分析另起一文）。电流源的大小影响的是输出电平的摆幅，而摆幅会影响传输的速率、距离以及电路的功耗，16mA应为综合考虑以上因素得到的一个标准（具体未考证）。

3. 相关计算

一般资料中对CML电平输入输出相关参数的描述如下：假定CML 输出负载为一50Ω上拉电阻，直流耦合时，单端CML 输出信号的摆幅为Vcc ~ Vcc-0.4V。在这种情况下，差分输出信号摆幅为800mV，共模电压为Vcc-0.2V。若CML输出采用交流耦合至50Ω负载，CML 输出共模电压变为Vcc-0.4V，单端CML 输出信号的摆幅为Vcc-0.2~Vcc-0.6V，差分信号摆幅仍为800mV。那么，以上数据是怎么来的呢？

直流耦合：

直流耦合时，差分对的电流回路如图2所示。输出差分对的直流、交流回路是一致的。首先对其进行静态分析，由于T1、T2参数对称，故16mA电流平均流过T1、T2，每个管流过8mA的电流，分到R1~R4四个电阻上，每个电阻流过的电流为4mA，所以直流耦合时的共模电压为：

当有差模电压输入时，T1、T2只会导通一个（以T1导通为例），16mA电流由R1、R3一起提供，每个电阻提供8mA电流，因此单端摆幅为：

图2

由共模电压定义：

设单端输出电压高电平为x，低电平为x-0.4，差分输出时一端为高另一端为低，则有：

解得，x为VCC，单端电压变化范围为VCC~VCC-0.4。

那么，为什么差分摆幅为800mV呢？

当T1导通、T2截止时，VOUT-为VCC，VOUT+为VCC-0.4V，两者压差为400mv；当T2导通、T1截止时，VOUT+为VCC，VOUT-为VCC-0.4V，两者压差也为400mv，似乎差分摆幅也应该为400mv，实则不然。分析如下：

当T1导通、T2截止时，VOUT-为VCC，VOUT+为VCC-0.4V，此时为输出差分电压的低电平，其值为：

当T2导通、T1截止时，VOUT+为VCC，VOUT-为VCC-0.4V，此时为输出差分电压的高电平，其值为：

故差分摆幅为：

交流耦合：

交流耦合时，T1、T2的电流回路如图3所示。首先进行静态分析，由于电容的隔直作用，R3、R4不能向T1、T2提供直流分量，所以16mA电流由R1、R2提供，流过每个电阻的电流为8mA，可得共模电压为：

图3

当有差模电压输入时，T1、T2只会导通一个（以T1导通为例），由于电容通交流，16mA电流由R1、R3一起提供，每个电阻提供8mA电流，因此单端摆幅为：

单端电压的输出范围为VCC-0.2~VCC-0.6V，差分摆幅为800mV交流耦合时(以T1导通为例)，16mA电流均流过T1一个管，但是输出电压最大为VCC-0.2，表示即使在T2截止，R2上也有电流流过，且流向只能时通过电容、R4、形成回路，这个电流应为应为电容放电过程产生的电流。

根据CML的电路分析，其输入输出电平为固定的，因此电平门限无需讨论。