DS320PR410：支持PCIe™ 5.0、CXL 2.0的四通道线性转接驱动器

在高速数据传输的领域中，信号的完整性和传输距离一直是工程师们关注的重点。DS320PR410作为一款四通道低功耗高性能线性中继器或转接驱动器，为解决这些问题提供了有效的方案。今天，我们就来深入了解一下这款器件。

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一、特性亮点

1. 高速接口支持

DS320PR410支持速率高达32Gbps的PCIe 5.0、CXL 2.0、UPI 2.0和其他接口，同时还支持大多数交流耦合接口，包括DP、SAS、SATA、XFI等。这使得它在多种高速数据传输场景中都能发挥出色的作用。

2. 强大的均衡功能

接收器部署了连续时间线性均衡器（CTLE），可在16GHz下升至22dB，能够打开由于PCB布线等互连介质引起的码间串扰（ISI）而完全关闭的输入眼图。线性数据路径保留发送预设信号特性，作为无源通道的一部分进行链路训练，可获得更优的发送和接收均衡设置，实现更优的电气链路和尽可能低的延迟。

3. 低延迟和低抖动

具有100ps的超低延迟和PRBS数据的45fs低附加随机抖动，以及16GHz时 -10dB的极低回波损耗，在链路中几乎可用作无源元件，而又具有实用的均衡功能。

4. 低功耗设计

采用3.3V单电源，内部稳压器具有抗电源噪声能力，每通道仅160mW的低有功功率，无需散热器，降低了系统的功耗和散热成本。

5. 灵活的配置方式

支持引脚搭接、SMBus或EEPROM编程，针对PCIe用例的自动接收器检测，与协议无关的线性转接驱动器可无缝支持PCIe链接训练。通过一个或多个DS320PR410支持x4、x8、x16、x24总线宽度，温度范围为 -40°C至85°C，适应不同的应用环境。

二、应用场景

DS320PR410可广泛应用于多个领域，包括机架式服务器、微服务器和塔式服务器、高性能计算、硬件加速器、网络连接存储、存储区域网络（SAN）和主机总线适配器（HBA）卡、网络接口卡（NIC）、台式计算机或主板、有源电缆等。它能够有效扩展差分通道的传输距离，提升信号的质量和稳定性。

三、详细规格分析

1. 绝对最大额定值

在使用DS320PR410时，需要注意其绝对最大额定值，如电源电压（VCC）的范围为 -0.5V至4.0V，不同类型的I/O电压也有相应的限制。超过这些额定值可能会导致器件永久性损坏。

2. ESD额定值

该器件的人体模型（HBM）静电放电额定值为 +2000V，带电设备模型（CDM）为 +500V，在使用和处理过程中需要采取适当的静电防护措施，以避免ESD对器件造成损坏。

3. 推荐工作条件

包括电源电压、电源噪声容限、电源斜坡时间、工作环境温度等方面都有明确的推荐范围。例如，电源电压VCC推荐在3.0V至3.6V之间，不同频率段的电源噪声容限也有具体要求。在设计电源时，需要确保满足这些推荐条件，以保证器件的正常工作。

4. 热信息

了解器件的热特性对于散热设计至关重要。DS320PR410的结到环境的热阻为30.7°C/W，结到外壳（顶部）的热阻为20.8°C/W等，这些数据可以帮助工程师合理设计散热方案。

5. 电气特性

涵盖了直流电气特性和高速电气特性。直流电气特性包括设备的有源功率、待机功率、控制IO的电压和电流等参数；高速电气特性则涉及到接收器和发射器的回波损耗、隔离度、抖动等指标。这些特性直接影响着器件在高速数据传输中的性能。

四、功能配置与编程

1. 配置方式

DS320PR410可以通过三种方式进行配置：

• Pin mode：设备控制配置仅通过引脚搭接完成，适用于许多系统实现需求。
• SMBus/I2C Primary mode：从外部EEPROM读取设备控制配置，成功读取后会将DONEn引脚拉低。在EEPROM读取前后，都可以进行SMBus/I2C二次操作。
• SMBus/I2C Secondary mode：提供最大的灵活性，需要一个SMBus/I2C主设备通过写入其二次地址来配置DS320PR410。

2. 编程细节

在Pin mode下，通过特定的5级输入引脚来控制设备的配置，这些引脚在设备上电时进行采样。在SMBus/I2C模式下，通过标准的I2C或SMBus接口进行配置，设备的二次地址由ADDR1和ADDR0引脚的设置决定。同时，该器件还具有共享寄存器和通道寄存器，用于设备级配置和各通道的独立配置。

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

1. 设计要求

在PCIe x16 lane配置中，需要注意使用85Ω阻抗的走线，对差分对的P和N走线进行长度匹配，使用均匀的走线宽度和间距，在每个通道段的接收器端附近放置交流耦合电容，对连接器过孔和信号过孔进行背钻以减少Stub长度等。这些设计要求都是为了确保高速信号的传输质量。

2. 详细设计过程

在PCIe Gen 3.0、4.0和5.0应用中，需要进行Rx - Tx的链路训练来建立和优化信号调节设置。DS320PR410的线性数据路径可以传递Tx Preset信号，帮助扩展PCB走线的传输距离。在实际应用中，需要根据通道损耗调整DS320PR410的EQ设置，以优化接收器端的眼图。

3. 应用曲线分析

通过对比有无DS320PR410的PCIe 5.0链路，可以发现该器件能够将总通道损耗从36dB扩展到58dB，实现约22dB的传输距离扩展。但实际的扩展效果会受到多种信号完整性因素的影响，建议进行信号完整性仿真以获得更准确的指导。

六、设计建议

1. 电源设计

设计电源时，要确保其提供的直流电压、交流噪声和启动斜坡时间符合推荐工作条件。虽然DS320PR410不需要特殊的电源滤波，但需要进行标准的电源去耦，如每个VCC引脚使用0.1µF的电容，每个设备使用一个1.0µF的大容量电容，每个电源总线使用一个10µF的大容量电容。

2. 布局设计

• 去耦电容应尽可能靠近VCC引脚，若电路板设计允许，可将其放置在器件正下方。
• 高速差分信号TXnP/TXnN和RXnP/RXnN应紧密耦合、进行偏斜匹配和阻抗控制。
• 尽量避免在高速差分信号上使用过孔，若必须使用，要采取措施减少过孔Stub长度。
• 可在高速差分信号焊盘下方使用GND relief来改善信号完整性。
• 在器件正下方放置GND过孔，连接到其他层的GND平面，以提高器件到电路板的热导率。

DS320PR410凭借其出色的性能和灵活的配置方式，为高速数据传输应用提供了一个可靠的解决方案。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求和系统要求，合理选择配置方式和设计参数，以确保器件能够发挥最佳性能。大家在使用DS320PR410的过程中，有没有遇到什么特别的问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。