Necesito una puerta XOR que funcione hasta 2 ó 3 GHz

Question

Me he encontrado con una situación inusual en la que necesito una puerta XOR que funcione de forma fiable cuando se le presente una entrada de onda cuadrada con una frecuencia entre 2 y 3 GHz. Sé que las CPUs de sobremesa tienen puertas lógicas que pueden funcionar a estas velocidades, pero no conozco ningún circuito integrado que pueda hacerlo. ¿Debería intentar construir la puerta con transistores?

Además, a estas velocidades, ¿tengo que preocuparme de utilizar planos de tierra, curvas en inglete y microstrip?

Answer 1

La explosión de $\mathbb{P}^2$ en los 9 puntos de intersección de dos cúbicos genéricos admite infinitos $(-1)$ curvas. Este ejemplo es muy importante para deshacerse de la imagen ingenua de las superficies algebraicas.

Answer 2

Sugiero un cambio de enfoque. Usted no dice por qué usted necesita tal XOR, pero propondré que si usted está haciendo preguntas sobre esquinas ingleteadas y planos de tierra entonces usted realmente no tiene lo que se necesita para hacer este tipo de circuito. No te ofendas por eso, ya que sospecho que el 99,99% de la gente en este sitio no podría hacer eso - incluyéndome a mí, ¡y he hecho circuitos GHz antes! Así que, en lugar de intentar hacer un XOR a 3 GHz, te sugiero que encuentres una forma diferente de lograr lo que quieres de una manera que no necesite velocidades tan rápidas.

Para que quede claro, le sugiero que cambie de enfoque... Digamos que usted podría hacer un 3 GHz XOR, entonces aquí están algunas de las ediciones y de las soluciones que usted haría frente:

1. No lo harías con transistores individuales, demasiado lento. Las piezas de tipo TTL también son demasiado lentas. En su lugar tendrías que pensar en algunas partes lógicas de alta velocidad. Antiguamente se usaban piezas ECL o PECL (una familia diferente, como TTL pero no). No tengo ni idea de lo que se utilizaría ahora, o incluso si las piezas ECL/PECL todavía existen. Por supuesto, los chips personalizados también lo harán, a un coste enorme.

2. Aviones de tierra, absolutamente. Placas de circuito impreso de impedancia controlada, sí. Quizás 6 u 8 capas de PCB, dependiendo de otros requisitos. Al menos 4 capas, seguro. Curvas a inglete, también. Trazas microstrip/microplano, absolutamente. Y, por supuesto, tendrás que prestar mucha atención a la disposición de la placa de circuito impreso. Recuerda que 3 GHz son unos 0,333 ns.

3. Una vez construido todo, digamos que no funciona. ¿Y entonces qué? Saca el ooscopio. La mayoría de los osciloscopios para aficionados alcanzan un máximo de 100 MHz. En mi oficina tengo un osciloscopio de 1 GHz y 4 canales que me costó 1.000 euros. $10K, but the 1 GHz probe costs an extra US$ 2K. Necesitarás al menos 5 o 6 GHz y 3 sondas de osciloscopio. No los he tasado en un rato, pero eso costará por lo menos US $10K, and maybe up to US$ 30K.

Así que, para hacerlo, tendrás que utilizar piezas difíciles de encontrar, hacer un diseño complejo en una placa de circuito impreso multicapa y, cuando no funcione del todo bien (lo más probable es que no lo haga), tendrás que gastarte mucho dinero en un o-scope que te ayude a resolverlo. Y luego repetir el proceso de nuevo, porque a 3 GHz no se puede retocar la placa de circuito impreso para corregir los defectos. ¡Ay!

Y por último, aquí hay un enlace a algunos On-Semi ECL XOR Gate: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=MC100EL07 Parece que, por los pelos, podría llegar a los 2 GHz. 3 GHz parece una exageración, pero no completamente fuera de la cuestión. Tienen una placa de evaluación para ese chip (nunca había visto una placa de evaluación para una puerta XOR). Si insistes en seguir este camino, esa placa de evaluación puede ser tu mejor opción (137 dólares en Digikey). Pero aún necesitarás un o-scope.

Answer 3

La familia lógica más rápida ha sido y sigue siendo la ECL. Aunque en los últimos tiempos se ha pasado por alto, desarrollos como PECL y LVPECL (esencialmente ECL de supletoriedad positiva y PECL diferencial) han mantenido a esta familia en la vanguardia de la conmutación lógica. Se han eliminado las limitaciones anteriores de las fuentes múltiples y los voltajes negativos, pero con compatibilidad hacia atrás disponible en muchos casos.

Los dispositivos MC10EP08 / MC100EP08 se ajustan a sus necesidades http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC10EP08-D.PDF

No es tan bueno pero también 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 el modo PECL funcionarán de Vcc = 3,3V a 5V y Vee = 0V.

La frecuencia máxima está clasificada como > 3 GHz típica con retrasos de propogación de 250 picosegundos (!) típicos y 300 picosegundos máximos a 25C con una fluctuación ciclo a ciclo de < 1 ps.

Digikey tiene una lista de compuertas ECL.

Aunque el funcionamiento a 3 GHz es probablemente mejor dejarlo en manos de compuertas existentes como éstas, es relativamente fácil implementar compuertas de altísima velocidad por uno mismo utilizando piezas discretas con topología tipo ECL. Un buen comienzo es mirar los circuitos equivalentes de las antiguas compuertas ECL (las hojas de datos modernas suelen limitarse a dar diagramas funcionales generales sin dar pistas sobre cómo se consiguen los resultados). Las compuertas son esencialmente arreglos muy familiares de tipo par de cola larga. El rendimiento por esfuerzo y coste puede ser mucho mejor que en la mayoría de los otros enfoques.

Un excelente tutorial de TI sobre "Interfacing Between LVPECL, VML, CML, and LVDS Levels" con discusiones sobre adaptación de impedancias, líneas de transmisión, reflexiones, polarización... e incluye diagramas de cómo se consigue la funcionalidad.

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

Answer 4

Probablemente sea demasiado para ti, pero el HMC721LC3C de Hittite es bueno para 14 GHz. Digikey tiene 10 en stock en el momento de escribir este artículo.

Hay alguna información de diseño que podría ser útil y que podrías 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 - usted puede ver las discontinuidades introducidas por las curvas de PCB, conectores, visa, etc. tal bestia puede ser improvisada a partir de los hallazgos de eBay de anclaje de barco por unos pocos K (dólares), pero no será muy portátil.