PCI11414 PCIe交换机技术解析与应用设计指南

Microchip Technology PCI11414 PCIe交换机（带USB 3.2、MAC和I/O）将USB 3.2 Gen 2主机控制器、以太网MAC和可编程I/O相结合。 Microchip Technology PCI11414拥有4通道（4x8GT/s）上行端口和1通道（1x8GT/s）下行端口，非常适用于提高嵌入式应用中的PCIe带宽。 该器件通过PCIe修订版4.x认证，最大线路速率为8GT/s。根据需要PCIe上行使用单个或多个通道。PCI11414可确保从外部接口到交换结构和端点控制器的PCIe合规性。

数据手册：*附件：Microchip Technology PCI11414 PCIe交换机（带USB 3.2、MAC和IO）数据手册.pdf

特性

• 集成式PCI交换机结构
  • 最大有效载荷：512字节
• 集成式PCIe物理接口
  • 4通道 (4x8GT/s) 上行端口
  • 支持单通道、双通道或四通道链路
  • 单通道 (1x8GT/s) 下行端口
• 集成USB 3.2 Gen 2 (10Gbps) 物理 接口
• 集成式xHCI USB 3.2 Gen 2（10Gbps）USB主机控制器
  • 2x 10Gbps Gen 2 PHY
  • 4x USB HS/FS/LS PHY
• 多种配置选项，适用于USB Type-C®或Type-A 2.5Gbps以太网MAC
  • 符合IEEE 802.3标准
  • RGMII支持10/100/1000Mbps
  • SGMII支持1Gbps
  • SGMII+支持2.5Gbps
  • 巨型帧支持
• 精密时间协议
  • IEEE 1588-2008 E2E和P2P一步和两步支持
  • IEEE 1588-2008可编程时间比较输出（例如1PPS）
• 全面的电源管理功能
  • PCIe 3.1低功耗子状态（LPSS）L2（带AUX 电源）
• 封装
  • 无铅、符合RoHS指令的164引脚DRQFN封装
• 电源和I/O
  • 集成上电复位电路，具有可配置的欠压/过压保护
  • 闭锁性能超过150mA，符合EIA/JESD 78 II类标准
  • JEDEC 3A级ESD性能
• UART
  • RS232/RS485 的产品评估板
  • 自动方向控制
  • 支持标准和高级速度
  • 基本或全面信号支持
• 其他功能
  • 多功能GPIO
  • 可编程引脚多路复用器
  • 能够使用低成本25MHz晶体或时钟 ，以减少BOM
  • SPI外设接口
  • SMBus目标接口
  • SMBus控制器接口
  • PVT传感器
  • JTAG TAP
• 环境条件
  • 有商业级和工业级温度等级可供选择

框图

‌PCI11414 PCIe交换机技术解析与应用设计指南‌

‌异构集成架构‌
PCI11414采用单芯片集成设计，包含：

• ‌PCIe Gen4交换矩阵‌：4x8GT/s上行端口 + 1x8GT/s下行端口，支持单/双/四链路配置
• ‌USB 3.2 Gen2主机控制器‌：集成xHCI协议栈，提供1×Type-C（10Gbps）+3×Type-A（USB2.0）接口
• ‌2.5Gbps以太网MAC‌：支持RGMII/SGMII/SGMII+接口，兼容802.3bz标准（10/100/1000/2500Base-T）
• ‌可编程I/O子系统‌：支持SMBus/SPI/UART/GPIO复用，通过PCIe端点控制器访问

‌二、硬件设计要点‌

1. ‌接口时序控制‌
   • ‌PCIe PHY‌：需满足Gen4眼图规范（8GT/s），参考时钟抖动<1ps RMS
   • ‌USB Type-C‌：CC1/CC2引脚需配置5.1kΩ下拉电阻（标准Type-C检测）
   • ‌RGMII时序‌：TX_CLK与数据偏移需<0.3ns（IEEE 802.3-2018 Clause 35）
2. ‌电源管理设计‌

   电源域	电压	最大纹波	旁路电容要求
   PCIe PHY	1.1V	±30mV	4×22μF MLCC
   USB 3.2	3.3V	±50mV	2×10μF钽电容

三、开发注意事项‌

‌PCB布局规范‌

• ‌164-DRQFN封装‌：13×13mm尺寸，0.5mm间距焊盘
• 关键信号线要求：
  • PCIe差分对：100Ω阻抗控制，长度匹配±5mil
  • USB D+/D-：包地处理，避免与时钟线平行走线

‌散热设计‌

• 结温计算：Tj=Ta+(θja×Pd)，工业级θja=28°C/W
• 建议使用4层板+2oz铜厚，底部裸露焊盘需8×8mm散热过孔阵列