探索DS50PCI402：PCI Express應(yīng)用的理想選擇

在PCI Express應(yīng)用領(lǐng)域，找到一款性能卓越、功能豐富且易于配置的設(shè)備至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）的DS50PCI402，一款專為PCI Express Gen1和Gen2應(yīng)用設(shè)計(jì)的低功耗4通道雙向緩沖器/均衡器。

文件下載：ds50pci402.pdf

產(chǎn)品概述

DS50PCI402具備輸入和輸出信號(hào)調(diào)理功能，可顯著增加PCIe在背板和電纜中的傳輸距離。它在不同傳輸介質(zhì)和速率下都展現(xiàn)出了出色的抖動(dòng)性能，例如在5Gbps速率下，經(jīng)過42英寸FR4（開啟輸入均衡）后，殘余確定性抖動(dòng)僅為0.09 UI；經(jīng)過7米PCIe電纜（開啟輸入均衡）后，殘余確定性抖動(dòng)為0.11 UI。

產(chǎn)品特性

1. 信號(hào)調(diào)理與抖動(dòng)控制：通過輸入和輸出信號(hào)調(diào)理，有效延長(zhǎng)PCIe傳輸距離，同時(shí)在不同傳輸條件下保持低抖動(dòng)。
2. 可調(diào)參數(shù)：可調(diào)節(jié)發(fā)射電壓輸出差分幅度（VOD），范圍為800 - 1200mVp-p；具備自動(dòng)和手動(dòng)接收器檢測(cè)及輸入終端控制電路。
3. 電源管理：支持基于SMBus的單通道自動(dòng)電源管理。
4. 電氣空閑檢測(cè)：可調(diào)電氣空閑檢測(cè)閾值，優(yōu)化數(shù)據(jù)速率的3級(jí)均衡可達(dá)27dB增益，6級(jí)發(fā)射去加重范圍為0 - 12dB。
5. 封裝與供電：采用10mmx5.5mm 54引腳無鉛WQFN封裝，單電源2.5V供電，ESD額定值>6kV HBM，工作溫度范圍為 -10°C至85°C。

功能模式

DS50PCI402支持兩種工作模式：引腳控制模式（ENSMB = 0）和SMBus模式（ENSMB = 1）。

引腳控制模式

在引腳控制模式下，可通過外部引腳配置中繼器。可獨(dú)立選擇每側(cè)的均衡和去加重，當(dāng)去加重激活時(shí)，VOD會(huì)根據(jù)去加重表自動(dòng)增加，以提升在有損介質(zhì)中的性能。接收器檢測(cè)引腳RXDETA/B可手動(dòng)控制輸入終端（50Ω或>50KΩ），速率優(yōu)化也可通過引腳控制，支持2.5Gbps、5Gbps和自動(dòng)檢測(cè)。此外，還可通過SD_TH引腳的可選外部電阻對(duì)接收器電氣空閑檢測(cè)閾值進(jìn)行編程。

SMBus模式

在SMBus模式下，均衡、去加重和終端禁用功能可在每個(gè)通道上獨(dú)立編程，而非像引腳控制模式那樣按側(cè)分組。當(dāng)ENSMB置高時(shí)，RATE、EQx和DEMx功能立即轉(zhuǎn)為寄存器控制，EQx和DEMx引腳轉(zhuǎn)換為AD0 - AD3 SMBus地址輸入。其他外部控制引腳保持有效，除非相應(yīng)寄存器被寫入且適當(dāng)?shù)母采w位被設(shè)置，此時(shí)它們將被忽略，直到ENSMB置低。上電和ENSMB置低時(shí)，所有寄存器將復(fù)位到默認(rèn)狀態(tài)。若PRSNT在ENSMB為高時(shí)被斷言，寄存器將保留當(dāng)前狀態(tài)。

引腳說明

DS50PCI402的引腳分為不同類型，包括差分高速VO引腳、控制引腳和模擬引腳等。以下是部分重要引腳的說明：

1. 差分高速VO引腳：如IA0+、IA0 - 等為CML差分輸入，OA0+、OA0 - 等為L(zhǎng)PDS差分輸出，具備去加重功能，與交流耦合CML輸入兼容。
2. 控制引腳：
   • ENSMB：系統(tǒng)管理總線（SMBus）使能引腳，高電平時(shí)可訪問內(nèi)部數(shù)字寄存器，用于輔助控制均衡、去加重、VOD、速率和空閑檢測(cè)閾值等功能；低電平時(shí)，禁用SMBus寄存器訪問，SMBus功能引腳用于控制均衡器和去加重。
   • RATE：速率控制引腳，低電平強(qiáng)制為Gen1（2.5Gbps），高電平強(qiáng)制為Gen2（5Gbps），浮空時(shí)在每次退出空閑后內(nèi)部檢測(cè)速率并設(shè)置脈沖寬度。
   • RXDETA、RXDETB：與ENRXDET引腳配合控制接收器檢測(cè)功能，根據(jù)輸入電平，可啟用50Ω或>50KΩ的電源軌終端。
   • PRSNT：電纜存在檢測(cè)輸入，高電平時(shí)表示電纜未連接，設(shè)備進(jìn)入低功耗模式；低電平時(shí)設(shè)備正常工作。
3. 模擬引腳：SD_TH為電氣空閑檢測(cè)閾值選擇引腳，浮空時(shí)默認(rèn)閾值為130mV DIFF p-p，也可通過連接電阻到GND來設(shè)置閾值電壓。

接收器檢測(cè)

DS50PCI402的接收器檢測(cè)功能可根據(jù)輸出端有效PCIe負(fù)載的存在情況，自動(dòng)啟用通道進(jìn)行操作，從而使設(shè)備能夠配置為適當(dāng)?shù)耐ǖ缹挾?，支?通道、2通道或1通道PCIe鏈路。自動(dòng)接收器檢測(cè)通過PRSNT#和ENRXDET輸入的組合啟用，當(dāng)這些輸入置低時(shí)，自動(dòng)接收器檢測(cè)功能開啟，PRSNT#引腳的循環(huán)將重置接收器檢測(cè)電路，啟動(dòng)新的接收器檢測(cè)序列。將ENRXDET輸入置為邏輯1，可手動(dòng)控制輸入終端。

電氣特性

在推薦的工作電源和溫度范圍內(nèi)，DS50PCI402的電氣特性表現(xiàn)出色。例如，功率耗散在不同條件下有所不同，EQX = 浮空、DEX = 0、VOD = 1Vpp、PRSNT = 0時(shí)，典型值為800mW；PRSNT = 1、ENSMB - 時(shí)為4 - 8mW。此外，它在輸入輸出電壓、電流、阻抗、抖動(dòng)等方面都有明確的規(guī)格要求，確保了穩(wěn)定可靠的性能。

SMBus接口與配置

DS50PCI402的系統(tǒng)管理總線（SMBus）接口兼容SMBus 2.0物理層規(guī)范。要啟用SMBus模式并訪問配置寄存器，需將ENSMB拉高。設(shè)備在SMBus模式下有AD[3:0]輸入，用于設(shè)置SMBus從地址。SDA、SCL引腳為3.3V耐壓，但不支持5V，SDA需要外部上拉電阻，電阻值可根據(jù)電壓、負(fù)載和速度在1kΩ - 5kΩ之間選擇，SCL可能也需要外部上拉電阻，具體取決于驅(qū)動(dòng)總線的主機(jī)。

SMBus事務(wù)

設(shè)備支持寫入和讀取事務(wù)。在SMBus模式下，必須使用特定的去加重設(shè)置，通過8個(gè)不同的寄存器為每個(gè)通道設(shè)置驅(qū)動(dòng)去加重值。寫入和讀取寄存器有特定的協(xié)議，具體可參考SMBus 2.0規(guī)范。

應(yīng)用建議

PCB布局考慮

在PCB布局時(shí)，CML輸入和LPDS輸出應(yīng)優(yōu)化為使用85 - 100Ω的受控差分阻抗互連。差分線最好在電路板的同一層布線，尤其是輸入走線，盡量避免使用過孔，若必須使用，應(yīng)謹(jǐn)慎使用并確保差分對(duì)兩側(cè)對(duì)稱放置，同時(shí)為回流電流提供低電感路徑。差分信號(hào)應(yīng)遠(yuǎn)離其他信號(hào)和噪聲源。

電源旁路

為確保DS50PCI402獲得充足的電源，建議采用兩種方法。一是將電源（VDD）和接地（GND）引腳連接到印刷電路板相鄰層的電源平面，減小電介質(zhì)層厚度，使VDD和GND平面形成具有分布式電容的低電感電源。二是通過正確使用旁路電容進(jìn)行電源旁路，每個(gè)VDD引腳應(yīng)連接一個(gè)0.01μF的旁路電容，并盡可能靠近DS50PCI402放置。此外，電源旁路設(shè)計(jì)中還應(yīng)包含三個(gè)電容值在2.2μF - 10μF之間的電容，可選用鉭電容或超低ESR陶瓷電容。

總結(jié)

DS50PCI402憑借其出色的信號(hào)調(diào)理能力、靈活的配置模式、低抖動(dòng)性能以及完善的電源管理和接收器檢測(cè)功能，成為PCI Express Gen1和Gen2應(yīng)用的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，合理選擇工作模式、配置引腳和寄存器，并注意PCB布局和電源旁路等方面的問題，以充分發(fā)揮DS50PCI402的性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用DS50PCI402的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。