解析DS320PR822：PCIe 5.0和CXL 1.1的高性能線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器

在高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，PCIe 5.0、CXL 1.1等接口技術(shù)的發(fā)展對信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和穩(wěn)定性提出了更高要求。DS320PR822作為一款專為支持這些高速接口而設(shè)計(jì)的線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器，具有諸多卓越特性。本文將深入剖析DS320PR822的特性、應(yīng)用、電氣參數(shù)等方面，為電子工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

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特性亮點(diǎn)

高速接口支持

DS320PR822支持PCIe 5.0、CXL 2.0、UPI 2.0等速率高達(dá)32 Gbps的接口，同時還支持大多數(shù)交流耦合接口，如DP、SAS、SATA、XFI等，展現(xiàn)出了強(qiáng)大的兼容性和通用性。

均衡與低延遲設(shè)計(jì)

接收器部署了連續(xù)時間線性均衡器（CTLE），可提供可編程高頻增強(qiáng)功能，打開因互連介質(zhì)引起的碼間串?dāng)_而關(guān)閉的輸入眼圖。CTLE在16GHz下可升至22dB，且具有100 ps的超低延遲和PRBS數(shù)據(jù)的75 fs低附加隨機(jī)抖動，以及16GHz時 -10dB的極低回波損耗，能有效改善信號質(zhì)量。

低功耗與抗干擾能力

該器件采用3.3V單電源，內(nèi)部穩(wěn)壓器具有抗電源噪聲能力，每通道有功功率僅160mW，無需散熱器。數(shù)據(jù)路徑使用內(nèi)部穩(wěn)壓電源軌，高度抵抗板上的各種電源噪聲，保證了在復(fù)雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定工作。

靈活配置方式

提供引腳搭接、SMBus或EEPROM編程三種配置方式，還具備針對PCIe用例的自動接收器檢測功能，與協(xié)議無關(guān)的線性轉(zhuǎn)接驅(qū)動器可無縫支持PCIe鏈接訓(xùn)練，通過一個或多個DS320PR822支持x2、x4、x8、x16、x24總線寬度，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

引腳功能解析

DS320PR822共有64個引腳，各引腳功能明確且多樣。例如，ALL_DONE_N引腳在SMBus/I2C Primary模式下指示EEPROM寄存器加載操作的完成情況；MODE引腳可設(shè)置設(shè)備控制配置模式，有5種不同的電平設(shè)置可供選擇；EQ和ADDR系列引腳在不同模式下分別用于設(shè)置接收器線性均衡器（CTLE）的增益和SMBus / I2C的二次地址。這些引腳的合理配置是實(shí)現(xiàn)器件各項(xiàng)功能的關(guān)鍵。

電氣參數(shù)詳解

絕對最大額定值

規(guī)定了器件在不同參數(shù)下的最大承受范圍，如電源電壓（VCC）在 -0.5V至4.0V之間，超出這些范圍可能導(dǎo)致器件永久損壞。

ESD額定值

人體模型（HBM）為±2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為±500V，表明了器件在靜電防護(hù)方面的能力。

推薦工作條件

明確了電源電壓、電源噪聲容限、工作溫度等參數(shù)的推薦范圍，確保器件在正常工作時能夠達(dá)到最佳性能。

直流和高速電氣特性

涵蓋了功率消耗、控制IO的電壓和電流特性、接收器和發(fā)射器的電氣參數(shù)等多個方面。例如，在不同的EQ和GAIN設(shè)置下，器件的平坦增益和EQ增益會有所不同，工程師需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行合理調(diào)整。

功能模塊與工作模式

線性均衡功能

DS320PR822的接收器采用連續(xù)時間線性均衡器（CTLE），通過高頻提升和低頻衰減來均衡無源通道的頻率相關(guān)插入損耗。在Pin模式下，EQ引腳可設(shè)置不同通道的均衡增益；在SMBus/I2C模式下，各通道可獨(dú)立編程，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的控制。

扁平增益控制

GAIN引腳可設(shè)置器件的扁平增益，在Pin模式下，不同的電平設(shè)置對應(yīng)不同的增益值；在I2C模式下，每個通道也可獨(dú)立設(shè)置。同時，需要注意輸出信號的擺幅應(yīng)在器件的線性范圍內(nèi)，以保證信號的質(zhì)量。

接收器檢測狀態(tài)機(jī)

該器件部署了Rx檢測狀態(tài)機(jī)，可根據(jù)不同的引腳設(shè)置確定是否存在有效的PCI Express終端。在PCIe應(yīng)用中，PD0/1引腳可與PCIe側(cè)帶信號連接，實(shí)現(xiàn)所需的RX檢測功能。

交叉點(diǎn)功能

提供四個2x2交叉點(diǎn)多路復(fù)用器功能，通過SEL引腳可選擇信號路徑為直連或交叉連接，在所有設(shè)備控制模式下均有效。

工作模式

• Active PCIe Mode：PCIe狀態(tài)機(jī)啟用，PD0和PD1引腳驅(qū)動為低，用于重驅(qū)動和均衡PCIe信號，提高信號完整性。
• Active Buffer Mode：PCIe狀態(tài)機(jī)禁用，適用于非PCIe應(yīng)用，作為緩沖器提供線性均衡。
• Standby Mode：PD1和PD0引腳為高，器件進(jìn)入待機(jī)模式，節(jié)省功耗。

編程與配置

引腳模式

通過2級和5級引腳對器件進(jìn)行控制和信號完整性優(yōu)化設(shè)置。其中，8個5級輸入引腳使用電阻分壓器設(shè)置有效電平，外部電阻需具有10%或更好的公差。

SMBUS/I2C寄存器控制接口

當(dāng)MODE = L2時，通過標(biāo)準(zhǔn)I2C或SMBus接口進(jìn)行配置，接口速率可達(dá)400 kHz。DS320PR822有共享寄存器和通道寄存器兩種類型，分別用于設(shè)備級配置和各通道的獨(dú)立配置。

SMBus/I2C Primary模式配置

將MODE引腳設(shè)置為L1，器件可從EEPROM讀取配置信息。EEPROM加載操作在設(shè)備首次上電后僅進(jìn)行一次，完成后ALL_DONE_N引腳將變?yōu)榈碗娖健?/p>

應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

典型應(yīng)用場景

DS320PR822可用于機(jī)架式服務(wù)器、微服務(wù)器、塔式服務(wù)器、高性能計(jì)算、硬件加速器、網(wǎng)絡(luò)連接存儲、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）和主機(jī)總線適配器（HBA）卡、網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）、臺式計(jì)算機(jī)或主板等多種領(lǐng)域，還可用于實(shí)現(xiàn)PCI Express x2、x4、x8、x16等不同總線寬度的2x2交叉點(diǎn)配置。

UPI x24通道交叉點(diǎn)配置

設(shè)計(jì)要求

在與PCIe CEM連接器接口時，使用85Ω阻抗的走線，對差分對的P和N走線進(jìn)行長度匹配；采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，推薦使用220nF的電容；對連接器過孔和信號過孔進(jìn)行背鉆，以減少殘樁長度；使用參考平面過孔確保低電感的回流路徑。

詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

將DS320PR822放置在CPU Tx和CPU Rx之間，保證器件輸出引腳的信號擺幅在其線性范圍內(nèi)。根據(jù)通道損耗調(diào)整EQ設(shè)置，以優(yōu)化接收端的眼圖。在SMBus/I2C模式下，需使用上拉電阻將SCL和SDA引腳連接到3.3V電源。

應(yīng)用曲線分析

通過對比有無DS320PR822的PCIe 5.0鏈路，發(fā)現(xiàn)該器件能夠?qū)㈡溌返目偼ǖ罁p耗從36dB擴(kuò)展到58dB，實(shí)現(xiàn)約22dB的延伸能力，但實(shí)際延伸效果受多種信號完整性因素影響，建議進(jìn)行信號完整性仿真。

電源與布局建議

電源設(shè)計(jì)

電源應(yīng)滿足推薦工作條件中的直流電壓、交流噪聲和啟動斜坡時間要求。無需特殊的電源濾波，僅需標(biāo)準(zhǔn)的電源去耦，包括每個VCC引腳的0.1μF電容、每個器件的1.0μF大容量電容和每個電源總線的10μF大容量電容。同時，電壓調(diào)節(jié)器輸出引腳需在附近使用0.1μF的去耦電容。

布局設(shè)計(jì)

• 去耦電容應(yīng)盡量靠近VCC引腳，若電路板設(shè)計(jì)允許，可放置在器件正下方。
• 高速差分信號應(yīng)緊密耦合、偏斜匹配并進(jìn)行阻抗控制，盡量避免使用過孔，若必須使用，需采取措施減少過孔殘樁。
• 可在高速差分信號焊盤下方使用GND relief來改善信號完整性，同時在器件正下方放置GND過孔，以提高熱導(dǎo)率。

DS320PR822以其高性能、低功耗、靈活配置等特點(diǎn)，為高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，需充分理解其特性、電氣參數(shù)、功能模塊和應(yīng)用要點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行合理的配置和布局，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過類似高速接口設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。