探索DS160PR810：PCIe 4.0 8通道线性转接驱动器的卓越性能与应用

在高速数据传输的时代，PCIe 4.0技术凭借其高达16Gbps的传输速率，成为了众多高性能设备的核心通信标准。而DS160PR810作为一款专门为PCIe 4.0和Ultra Path Interface (UPI) 2.0设计的八通道线性转接驱动器，无疑为高速数据链路带来了新的解决方案。今天，我们就来深入探究DS160PR810的特性、应用以及设计要点。

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一、DS160PR810特性亮点

1. 高速多协议支持

DS160PR810是一款与协议无关的线性转接驱动器，不仅支持高达16Gbps的PCIe 4.0，还能兼容多种高速接口，如UPI、DisplayPort、SAS、SATA、XFI等。这使得它在不同的应用场景中都能发挥出色的性能，为系统的设计提供了极大的灵活性。

2. 强大的均衡能力

该器件部署了连续时间线性均衡器 (CTLE)，能够处理高达42dB的PCIe 4.0通道损耗，在8GHz下可提供高达18dB的均衡增益。CTLE可以有效补偿由于PCB布线或电缆等互连介质引起的码间串扰 (ISI)，打开完全关闭的输入眼图，从而显著提高信号的完整性。

3. 低延迟与低抖动

DS160PR810具有90ps的超低延迟，以及PRBS数据70fs的低附加随机抖动。这使得它在高速数据传输中能够保持信号的准确性和稳定性，减少数据传输错误，提高系统的可靠性。

4. 低功耗设计

采用3.3V单电源供电，每通道仅消耗107mW的有功功率，且无需散热器。这种低功耗设计不仅降低了系统的能耗，还减少了散热需求，提高了系统的整体效率。

5. 灵活的配置方式

支持引脚搭接、SMBus/I2C或EEPROM编程三种配置方式。针对PCIe用例，还具备自动接收器检测功能，能够无缝支持PCIe链路训练。同时，利用一个或多个DS160PR810，可以支持x4、x8、x16等不同的PCIe总线宽度。

6. 宽温度范围与紧凑封装

具备 -40°C至85°C的工业温度范围，适用于各种恶劣的工作环境。采用64引脚5.5mm × 10mm WQFN封装，体积小巧，方便在不同的电路板上进行布局。

二、广泛的应用领域

1. 服务器领域

在机架式服务器、微服务器和塔式服务器中，DS160PR810可以用于延长PCIe链路的传输距离，提高服务器内部组件之间的通信效率。同时，其低功耗和高可靠性的特点，能够满足服务器长时间稳定运行的需求。

2. 高性能计算

高性能计算系统对数据传输的速度和可靠性要求极高。DS160PR810的高速率和低抖动特性，使其成为高性能计算系统中理想的信号增强器，能够有效提高系统的计算性能。

3. 存储领域

在网络连接存储、存储区域网络 (SAN) 和主机总线适配器 (HBA) 卡中，DS160PR810可以改善数据传输的质量，确保数据的准确读写，提高存储系统的性能和可靠性。

4. 网络通信

在网络接口卡 (NIC) 中，DS160PR810可以增强PCIe信号，延长信号传输距离，提高网络通信的稳定性和速度。

5. 台式计算机/主板

在台式计算机和主板中，DS160PR810可以用于优化PCIe总线的性能，提高计算机的整体性能和兼容性。

三、技术原理与工作模式

1. 信号补偿原理

DS160PR810的每个通道都集成了CTLE和线性输出驱动器。CTLE通过对输入信号进行高频增强和低频衰减，补偿由于传输通道损耗引起的信号失真。线性输出驱动器则将补偿后的信号进行放大和驱动，确保信号能够在长距离传输中保持良好的质量。

2. 三种工作模式

• Pin Mode（引脚模式）：通过引脚搭接直接配置设备，适用于大多数系统实现需求，简单方便。
• SMBus/I2C Master Mode（SMBus/I2C主模式）：从外部EEPROM读取设备控制配置信息。当设备成功读取EEPROM后，会将ALL_DONE_N引脚拉低。在EEPROM读取前后，都支持SMBus/I2C从操作。这种模式适用于不需要软件实现的场景。
• SMBus/I2C Slave Mode（SMBus/I2C从模式）：由外部SMBus/I2C主设备通过写入设备的从地址来配置设备，提供了最大的灵活性。

四、设计要点与注意事项

1. 电源设计

• 电源应满足推荐的工作条件，包括DC电压、AC噪声和启动斜坡时间。
• 不需要特殊的电源滤波，仅需标准的电源去耦。每个VCC引脚使用一个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。
• 电压调节器输出引脚需要在每个引脚附近添加0.1µF的去耦电容，且调节器仅用于内部使用，不得为外部组件提供电源。

2. 布局设计

• 去耦电容应尽可能靠近VCC引脚放置，如有可能，可直接放置在设备下方。
• 高速差分信号TXnP/TXnN和RXnP/RXnN应紧密耦合、相位匹配并进行阻抗控制。
• 尽量避免在高速差分信号上使用过孔，如需使用，应采取措施最小化过孔Stub，如通过大多数或所有层过渡或进行背钻。
• 可在高速差分信号焊盘下方使用GND relief来改善信号完整性。
• 在设备下方直接放置GND过孔，连接设备的GND平面和其他层的GND平面，以提高设备到电路板的热导率。

3. PCIe应用设计

• 在与PCIe CEM连接器接口时，使用85Ω阻抗的走线，并对差分对的单端段进行P和N走线的长度匹配。
• 采用均匀的走线宽度和走线间距。
• 在每个通道段的接收端附近放置AC耦合电容，以最小化反射。对于PCIe Gen 3.0和Gen 4.0，推荐使用220nF的AC耦合电容，最大本体尺寸为0402，并在电容焊盘下方的GND平面上添加切口空隙，以减少与GND的寄生电容。
• 对连接器过孔和信号过孔进行背钻，以最小化Stub长度。
• 使用参考平面过孔确保回流电流的低电感路径。

五、总结与展望

DS160PR810作为一款高性能的PCIe 4.0线性转接驱动器，凭借其高速率、低延迟、低抖动、低功耗等优点，在服务器、高性能计算、存储、网络通信等领域具有广泛的应用前景。通过合理的电源设计和布局设计，以及在PCIe应用中的优化配置，DS160PR810能够有效延长PCIe链路的传输距离，提高信号的完整性和系统的可靠性。

在未来，随着高速数据传输技术的不断发展，对线性转接驱动器的性能要求也将越来越高。DS160PR810有望不断升级和优化，为高速数据链路提供更加稳定、高效的解决方案。同时，我们也期待更多类似的高性能器件涌现，推动整个电子行业的发展。

你在使用DS160PR810的过程中遇到过哪些问题呢？或者你对其他高速数据传输器件有什么疑问？欢迎在评论区留言讨论。