DS320PR410：支持PCIe? 5.0、CXL 2.0的四通道線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器

在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I域中，信號的完整性和傳輸距離一直是工程師們關注的重點。DS320PR410作為一款四通道低功耗高性能線性中繼器或轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，為解決這些問題提供了有效的方案。今天，我們就來深入了解一下這款器件。

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一、特性亮點

1. 高速接口支持

DS320PR410支持速率高達32Gbps的PCIe 5.0、CXL 2.0、UPI 2.0和其他接口，同時還支持大多數(shù)交流耦合接口，包括DP、SAS、SATA、XFI等。這使得它在多種高速數(shù)據(jù)傳輸場景中都能發(fā)揮出色的作用。

2. 強大的均衡功能

接收器部署了連續(xù)時間線性均衡器（CTLE），可在16GHz下升至22dB，能夠打開由于PCB布線等互連介質(zhì)引起的碼間串擾（ISI）而完全關閉的輸入眼圖。線性數(shù)據(jù)路徑保留發(fā)送預設信號特性，作為無源通道的一部分進行鏈路訓練，可獲得更優(yōu)的發(fā)送和接收均衡設置，實現(xiàn)更優(yōu)的電氣鏈路和盡可能低的延遲。

3. 低延遲和低抖動

具有100ps的超低延遲和PRBS數(shù)據(jù)的45fs低附加隨機抖動，以及16GHz時 -10dB的極低回波損耗，在鏈路中幾乎可用作無源元件，而又具有實用的均衡功能。

4. 低功耗設計

采用3.3V單電源，內(nèi)部穩(wěn)壓器具有抗電源噪聲能力，每通道僅160mW的低有功功率，無需散熱器，降低了系統(tǒng)的功耗和散熱成本。

5. 靈活的配置方式

支持引腳搭接、SMBus或EEPROM編程，針對PCIe用例的自動接收器檢測，與協(xié)議無關的線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器可無縫支持PCIe鏈接訓練。通過一個或多個DS320PR410支持x4、x8、x16、x24總線寬度，溫度范圍為 -40°C至85°C，適應不同的應用環(huán)境。

二、應用場景

DS320PR410可廣泛應用于多個領域，包括機架式服務器、微服務器和塔式服務器、高性能計算、硬件加速器、網(wǎng)絡連接存儲、存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）和主機總線適配器（HBA）卡、網(wǎng)絡接口卡（NIC）、臺式計算機或主板、有源電纜等。它能夠有效擴展差分通道的傳輸距離，提升信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

三、詳細規(guī)格分析

1. 絕對最大額定值

在使用DS320PR410時，需要注意其絕對最大額定值，如電源電壓（VCC）的范圍為 -0.5V至4.0V，不同類型的I/O電壓也有相應的限制。超過這些額定值可能會導致器件永久性損壞。

2. ESD額定值

該器件的人體模型（HBM）靜電放電額定值為 +2000V，帶電設備模型（CDM）為 +500V，在使用和處理過程中需要采取適當?shù)撵o電防護措施，以避免ESD對器件造成損壞。

3. 推薦工作條件

包括電源電壓、電源噪聲容限、電源斜坡時間、工作環(huán)境溫度等方面都有明確的推薦范圍。例如，電源電壓VCC推薦在3.0V至3.6V之間，不同頻率段的電源噪聲容限也有具體要求。在設計電源時，需要確保滿足這些推薦條件，以保證器件的正常工作。

4. 熱信息

了解器件的熱特性對于散熱設計至關重要。DS320PR410的結到環(huán)境的熱阻為30.7°C/W，結到外殼（頂部）的熱阻為20.8°C/W等，這些數(shù)據(jù)可以幫助工程師合理設計散熱方案。

5. 電氣特性

涵蓋了直流電氣特性和高速電氣特性。直流電氣特性包括設備的有源功率、待機功率、控制IO的電壓和電流等參數(shù)；高速電氣特性則涉及到接收器和發(fā)射器的回波損耗、隔離度、抖動等指標。這些特性直接影響著器件在高速數(shù)據(jù)傳輸中的性能。

四、功能配置與編程

1. 配置方式

DS320PR410可以通過三種方式進行配置：

• Pin mode：設備控制配置僅通過引腳搭接完成，適用于許多系統(tǒng)實現(xiàn)需求。
• SMBus/I2C Primary mode：從外部EEPROM讀取設備控制配置，成功讀取后會將DONEn引腳拉低。在EEPROM讀取前后，都可以進行SMBus/I2C二次操作。
• SMBus/I2C Secondary mode：提供最大的靈活性，需要一個SMBus/I2C主設備通過寫入其二次地址來配置DS320PR410。

2. 編程細節(jié)

在Pin mode下，通過特定的5級輸入引腳來控制設備的配置，這些引腳在設備上電時進行采樣。在SMBus/I2C模式下，通過標準的I2C或SMBus接口進行配置，設備的二次地址由ADDR1和ADDR0引腳的設置決定。同時，該器件還具有共享寄存器和通道寄存器，用于設備級配置和各通道的獨立配置。

五、應用案例：PCIe Reach Extension – x16 Lane Configuration

1. 設計要求

在PCIe x16 lane配置中，需要注意使用85Ω阻抗的走線，對差分對的P和N走線進行長度匹配，使用均勻的走線寬度和間距，在每個通道段的接收器端附近放置交流耦合電容，對連接器過孔和信號過孔進行背鉆以減少Stub長度等。這些設計要求都是為了確保高速信號的傳輸質(zhì)量。

2. 詳細設計過程

在PCIe Gen 3.0、4.0和5.0應用中，需要進行Rx - Tx的鏈路訓練來建立和優(yōu)化信號調(diào)節(jié)設置。DS320PR410的線性數(shù)據(jù)路徑可以傳遞Tx Preset信號，幫助擴展PCB走線的傳輸距離。在實際應用中，需要根據(jù)通道損耗調(diào)整DS320PR410的EQ設置，以優(yōu)化接收器端的眼圖。

3. 應用曲線分析

通過對比有無DS320PR410的PCIe 5.0鏈路，可以發(fā)現(xiàn)該器件能夠?qū)⒖偼ǖ罁p耗從36dB擴展到58dB，實現(xiàn)約22dB的傳輸距離擴展。但實際的擴展效果會受到多種信號完整性因素的影響，建議進行信號完整性仿真以獲得更準確的指導。

六、設計建議

1. 電源設計

設計電源時，要確保其提供的直流電壓、交流噪聲和啟動斜坡時間符合推薦工作條件。雖然DS320PR410不需要特殊的電源濾波，但需要進行標準的電源去耦，如每個VCC引腳使用0.1μF的電容，每個設備使用一個1.0μF的大容量電容，每個電源總線使用一個10μF的大容量電容。

2. 布局設計

• 去耦電容應盡可能靠近VCC引腳，若電路板設計允許，可將其放置在器件正下方。
• 高速差分信號TXnP/TXnN和RXnP/RXnN應緊密耦合、進行偏斜匹配和阻抗控制。
• 盡量避免在高速差分信號上使用過孔，若必須使用，要采取措施減少過孔Stub長度。
• 可在高速差分信號焊盤下方使用GND relief來改善信號完整性。
• 在器件正下方放置GND過孔，連接到其他層的GND平面，以提高器件到電路板的熱導率。

DS320PR410憑借其出色的性能和靈活的配置方式，為高速數(shù)據(jù)傳輸應用提供了一個可靠的解決方案。在實際設計中，工程師需要根據(jù)具體的應用需求和系統(tǒng)要求，合理選擇配置方式和設計參數(shù)，以確保器件能夠發(fā)揮最佳性能。大家在使用DS320PR410的過程中，有沒有遇到什么特別的問題或者有什么獨特的設計經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。