Texas Instruments DS160PR1601 PCIe? 16Gbps線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器是一款32通道（每個方向16通道）x16（16通道）低功耗、高性能線性中繼器或轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，設(shè)計(jì)用于支持PCIe 4.0、UPI 2.0和其他接口（速度高達(dá)16Gbps）。DS160PR1601接收器采用連續(xù)時間線性均衡器 (CTLE) 提供可編程高頻升壓。該均衡器可以打開輸入眼，它由于PCB跡線等互連介質(zhì)引起的符號間干擾 (ISI) 而完全閉合。CTLE接收器后面跟一個線性輸出驅(qū)動器。Texas Instruments DS160PR1601的線性數(shù)據(jù)路徑保持發(fā)射預(yù)設(shè)信號特性。線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器成為無源通道的一部分，整體來看，經(jīng)過鏈路培訓(xùn)，可實(shí)現(xiàn)最佳發(fā)射和接收均衡設(shè)置。鏈路培訓(xùn)協(xié)議的這種透明度可實(shí)現(xiàn)最佳的電氣鏈路和盡可能低的延遲。該器件具有低通道間串?dāng)_、低附加抖動和出色的回波損耗，因此幾乎成為鏈路中的無源元件，但具有均衡功能。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments DS160PR1601 PCIe? 16Gbps線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器數(shù)據(jù)手冊.pdf

特性

• 16通道線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，支持PCIe 4.0和UPI 2.0
• 支持高達(dá)16Gbps的數(shù)據(jù)速率
• P2P，具有Intel重定時器公共占位
• 封裝內(nèi)TX引腳上集成64個交流耦合電容器，節(jié)省電路板空間
• CTLE升壓：16dB（8GHz時）
• 模擬EyeScan，有助于轉(zhuǎn)接驅(qū)動器調(diào)諧、調(diào)試和遠(yuǎn)程監(jiān)控
• 超低延遲：130ps
• 低附加隨機(jī)抖動：100fs（PRBS數(shù)據(jù)）
• 出色的RX/TX回波損耗：-13dB（8GHz時）
• 單電源電壓：3.3V
• 低有源功率：160mW/通道
• I^2^C/SMBus或EEPROM編程
• 自動接收器檢測，用于PCIe用例
• 無縫支持PCIe鏈路培訓(xùn)
• 內(nèi)部穩(wěn)壓器可抑制電源噪聲
• 高速生產(chǎn)測試，實(shí)現(xiàn)可靠制造
• 支持x4、x8、x16總線寬度
• 8.90mm × 22.80mm BGA封裝

功能框圖

DS160PR1601 PCIe 16Gbps線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器技術(shù)解析與應(yīng)用指南

一、產(chǎn)品概述與核心特性

DS160PR1601是德州儀器(TI)推出的16通道(雙向各16通道)低功耗高性能線性中繼器/轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，專為支持PCIe 4.0、UPI 2.0等16Gbps高速接口設(shè)計(jì)。該器件采用創(chuàng)新的線性架構(gòu)設(shè)計(jì)，具有以下顯著特點(diǎn)：

?關(guān)鍵特性?：

• ?高速數(shù)據(jù)傳輸?：支持最高16Gbps數(shù)據(jù)速率，兼容PCIe 4.0、UPI 2.0協(xié)議
• ?超低延遲?：通道間延遲僅130ps
• ?集成AC耦合電容?：64個集成在封裝內(nèi)的AC耦合電容(220nF/個)，節(jié)省PCB空間
• ?可編程均衡?：16dB@8GHz的CTLE均衡能力，支持20級可編程均衡設(shè)置
• ?低功耗設(shè)計(jì)?：每通道僅160mW工作功耗
• ?靈活配置?：支持I2C/SMBus或EEPROM編程

二、硬件架構(gòu)詳解

2.1 核心架構(gòu)

DS160PR1601采用線性數(shù)據(jù)路徑設(shè)計(jì)，包含：

• ?CTLE均衡器?：補(bǔ)償傳輸介質(zhì)引起的符號間干擾(ISI)
• ?線性輸出驅(qū)動器?：保持發(fā)射預(yù)設(shè)信號特性
• ?接收器檢測狀態(tài)機(jī)?：自動檢測遠(yuǎn)端接收器終端

2.2 封裝與引腳

器件采用354引腳nFBGA(ZDG)封裝，尺寸為22.89mm×8.9mm。關(guān)鍵引腳包括：

• ?差分信號引腳?：A_PERp/nx(接收)、A_PETp/nx(發(fā)送)等
• ?控制接口?：SDA(數(shù)據(jù))、SCL(時鐘)、MODE(模式選擇)
• ?電源管理?：VCC(3.3V供電)、PDx(電源控制)

2.3 電氣特性

• 工作電壓范圍：3.0V至3.6V
• 電源噪聲容限：
  • <50Hz：250mVpp
  • 50Hz-500kHz：100mVpp

  • 2.5MHz：33mVpp

• ESD防護(hù)等級：±2000V HBM，±500V CDM

三、典型應(yīng)用場景

3.1 服務(wù)器系統(tǒng)

• 機(jī)架服務(wù)器、微服務(wù)器和塔式服務(wù)器
• 硬件加速器互連
• 高性能計(jì)算集群

3.2 存儲系統(tǒng)

• 網(wǎng)絡(luò)附加存儲(NAS)
• 存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)
• 主機(jī)總線適配器(HBA)卡

3.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

• 網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)
• 高速交換背板連接
• 桌面PC主板

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與布局指南

4.1 信號完整性設(shè)計(jì)

• 采用85Ω阻抗匹配的差分走線
• 保持均勻的走線寬度和間距
• 對過孔進(jìn)行背鉆處理以減少短截線效應(yīng)
• 在高速信號路徑上盡量減少過孔使用

4.2 電源設(shè)計(jì)建議

• 每個VCC引腳附近放置0.1μF去耦電容
• 電源平面上分布多個1μF和10μF大容量電容
• 保持電源走線短而寬，降低阻抗

4.3 熱設(shè)計(jì)考慮

• 器件熱阻參數(shù)：
  • 結(jié)到環(huán)境：17.4°C/W
  • 結(jié)到板：6.1°C/W
• 建議在器件下方放置散熱過孔陣列
• 對于高溫環(huán)境應(yīng)用，考慮增加散熱措施

五、性能參數(shù)與測試結(jié)果

5.1 關(guān)鍵電氣參數(shù)

5.2 均衡性能

器件提供20級可編程均衡設(shè)置，典型均衡增益范圍：

• 4GHz：1.7dB(EQ=0)至14.8dB(EQ=19)
• 8GHz：2.0dB至16.0dB

六、配置與編程

6.1 工作模式

• ?SMBus/I2C控制器模式?：從外部EEPROM加載配置
• ?SMBus/I2C目標(biāo)模式?：通過外部控制器配置

6.2 寄存器配置

關(guān)鍵寄存器包括：

• ?EQ增益控制寄存器?：設(shè)置均衡器各級增益
• ?平坦增益控制寄存器?：選擇-6dB至+2dB增益
• ?Rx檢測控制寄存器?：配置接收器檢測參數(shù)

七、典型應(yīng)用方案

7.1 PCIe鏈路擴(kuò)展方案

通過DS160PR1601可將PCIe 4.0鏈路損耗預(yù)算從28dB擴(kuò)展到42dB@8GHz。測試數(shù)據(jù)顯示：

• 無轉(zhuǎn)接驅(qū)動器時：28dB損耗，29ps/48mV眼圖
• 使用DS160PR1601后：42dB損耗，30ps/55mV眼圖

7.2 多通道配置方案

支持靈活的多通道配置：

• 單x16鏈路配置
• 雙x8鏈路配置
• 四x4鏈路配置