SN75LVPE801：8.0Gbps SATA Express均衡器和转接驱动器的卓越之选

在高速数据传输的领域中，信号的稳定与高效传输至关重要。今天，我们来深入了解一款在SATA Express应用中表现出色的器件——SN75LVPE801。

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1. 产品特性亮点

1.1 多标准支持与多速率运行

SN75LVPE801支持SATA Express，具备可选均衡和去加重功能，还支持热插拔。它能实现多速率运行，涵盖SATA的1.5Gpbs、3.0Gpbs、6.0Gpbs，以及PCIe的2.5Gbps、5.0Gbps、8.0Gbps。这使得它能广泛适配不同的设备和应用场景，满足多样化的需求。

1.2 长距离数据传输与损耗补偿

该器件适用于长达40英寸（1.0米）的各种尺寸FR4 PC电路板接收8.0Gbps数据。在3GHz频率下，可补偿接收端高达14dB的损耗，以及发送端1.2dB的损耗，有效保障了长距离传输时信号的质量。

1.3 低功耗与高保护

集成输出噪声抑制功能，能减少噪声对信号的干扰。温度范围为0°C至85°C，适应多种环境。自动低功耗特性更是一大亮点，可使功耗降低90%以上，工作模式典型值小于100mW，自动低功耗模式典型值小于11mW。同时，它采用3.3V单电源供电，并且针对静电放电（ESD）瞬态有高度保护功能，人体放电模式（HBM）可达6kV，组件充电模式（CDM）可达1.5kV。此外，其超小型尺寸为2mm × 2mm WSON封装，节省了电路板空间。

2. 广泛的应用领域

SN75LVPE801的应用范围十分广泛，包括笔记本电脑、台式机、扩展坞、服务器和工作站等。这些设备通常对数据传输的速度和稳定性有较高要求，而该器件正好能满足这些需求。

3. 详细的技术说明

3.1 基本功能概述

SN75LVPE801是一款通用型单通道SATA Express信号调节器，最高可支持8Gbps的数据速率。它支持SATA Gen 1、2和3规范以及PCIe 1.0、2.0和3.0。由3.3V单电源供电运行，配有带自偏置特性的100Ω线路端接电阻，适用于交流耦合。输入端包含一个带外（OOB）检测器，可在输入差分电压低于阈值时自动抑制输出端噪声，同时保持一个稳定的共模电压。此外，它还能依据SATA标准处理扩频时钟（SSC）传输。

3.2 关键特性详解

3.2.1 接收端特性

• 接收端端接：接收器有集成到内部偏置电压的端接，差分输入阻抗标称值为100Ω，有±15%的变化。为实现PCI Express兼容性，需在连接器和交流电容器之间包含330Ω下拉电阻。
• 接收端内部偏置：接收器内部偏置为1.7V，支持交流耦合输入。
• 接收端均衡：采用可编程均衡，EQ输入控制均衡级别。EQ输入开路或拉低时，在4GHz处应用8dB的均衡；EQ输入为高时，均衡设置为16dB（同样在4GHz处）。

3.2.2 OOB/Squelch功能

接收器包含一个带外（OOB）检测电路。OOB检测器持续监控差分输入信号，其入口阈值为50mVpp。当接收器输入的差分信号小于该阈值时，设备发射器进入静噪状态；当输入信号超过90mVpp退出阈值时，设备在5ns内退出静噪状态。

3.2.3 自动低功耗模式

当差分输入信号小于50mV且持续时间超过10μs时，设备进入自动低功耗（ALP）模式。在此模式下，设备通过主动监控输入信号水平来进入和退出低功耗状态，可将功耗降低至正常工作功率的10%以下。当输入信号超过OOB退出阈值时，设备恢复到活动状态，退出时间小于50ns（最大）。

3.2.4 发射器特性

• 发射器输出信号：去加重禁用（DE输入开路或拉低）时，差分输出信号为650mVpp。
• 发射器共模：发射器共模输出设置为1.7V。
• 去加重：发射器采用可编程去加重，DE输入控制去加重的量。DE输入开路或拉低时，去加重关闭；DE输入拉高时，发射器输出使用1.2dB的去加重。
• 发射器端接：发射器包含集成端接，接收器差分输出阻抗标称值为100Ω，变化≤22%。

3.3 设备功能模式

3.3.1 活动模式

这是正常工作模式。当设备通电且接收器的差分输入信号大于90mVpp时，设备处于活动模式，满足数据手册中的所有规格。

3.3.2 静噪模式

设备通电且接收器的差分输入信号小于50mVpp时，设备处于静噪模式。在此模式下，发射器输出均设置为VCM_TX（即1.7V）。

3.3.3 自动低功耗模式

当设备通电且接收器的差分输入信号小于50mVpp且持续时间超过10ns时，设备转换到自动低功耗（ALP）模式。在ALP模式下，发射器输出均设置为VCM_TX，同时关闭内部电路以降低功耗。

4. 应用与实现

4.1 应用信息

SN75LVPE801可用于SATA应用和SATA Express应用，支持数据速率从1.5到8Gbps的SATA Gen1、Gen2和Gen3应用。其内置的均衡电路在4GHz处可提供高达16dB的均衡，能支持SATA GEN2（3Gbps）应用在长达50英寸的FR - 4材料上，也适用于SATA Gen3（8Gbps）应用在长达40英寸的FR4材料上。

4.2 典型SATA应用

4.2.1 设计要求

包括SATA信号速率为1.5 - 6.0Gbps，交流耦合电容为10nF，互连特性阻抗为100Ohms，互连长度对于SATA Gen2可达50英寸FR4，对于SATA Gen3可达40英寸FR4，端接电阻为100Ohms差分并集成到TX和RX。

4.2.2 详细设计步骤

在典型的SATA应用中，SATA主机（如笔记本或台式机）通过背板差分对或SATA电缆与SATA接收器（如SSD大容量存储设备）通信。使用SN75LVPE801作为均衡器/重驱动器时，应将其放置在互连的末端附近，以利用其高达16dB的均衡和1.2dB的去加重功能来补偿通道中的高频损耗。同时，要确保互连材料和长度的通道损耗与SN75LVPE801的可选均衡和去加重设置相匹配，可通过通道建模来保证建立和维持低误码率链路。交流耦合电容选择10nF以符合SATA标准。此外，设计者可根据信号质量情况选择是否使用该器件，可先使用0Ω电阻测试链路末端的眼图质量，若不理想再替换为SN75LVPE801。

4.2.3 应用曲线

文档中给出了在6Gbps下不同测试点的眼图，如不同的X和Y距离组合下的眼图，直观地展示了SN75LVPE801在不同配置下的信号调节效果。

4.3 SATA Express应用

4.3.1 设计要求

SATA Express信号速率为1.5 - 8.0Gbps，交流耦合电容为200 - 220nF，互连特性阻抗为100，互连长度对于SATA Gen2可达50英寸FR4，对于SATA Gen3可达40英寸FR4，接收器下拉端接为330，端接电阻为100Ohms差分并集成到TX和RX。

4.3.2 详细设计步骤

在SATAe设计中，需同时支持SATA和PCI Express，支持有线和直接连接。以有线应用为例，SATAe电源连接器包含一个接口检测（IFDet）信号，用于指示连接的是SATA客户端还是PCIe客户端。当检测到PCIe客户端时，主机进行接收器检测，通过检测负载阻抗来确定客户端的存在。在设计中，在主机和SN75LVPE801之间插入330Ω下拉电阻，以向主机表明有客户端存在。同时，设备或客户端侧使用200nF交流耦合电容，可与SATA和PCIe客户端接口兼容。在高速传输线上，可使用0201封装尺寸的电阻以避免产生传输线短截线。

4.3.3 应用曲线

在PCIe 3.0速度为8Gbps的测试中，给出了SN75LVPE801的眼图，展示了其在该应用下的性能。

4.4 PCIe应用

PCIe - 仅应用的实现方式与SATA Express应用类似，唯一的区别是将主机到设备链路的220nF交流耦合电容从设备侧的连接器移到主机侧，无需其他更改。

5. 电源供应与布局建议

5.1 电源供应建议

SN75LVPE801DRF设计为从单3.3V电源供电。要遵循正确的电源排序程序，先施加VCC，再施加任何输入信号；电源关闭顺序相反。

5.2 布局建议

5.2.1 返回电流和平面参考

高频返回信号/电流应遵循信号回流到其原始源的路径，因为所有信号都在闭环中流动。最小化闭环的环路面积有利于降低电磁干扰（EMI）和提高信号完整性。最佳方法是让信号参考其最近的实心接地或电源平面，避免返回信号受阻，否则会导致信号完整性问题，如反射、串扰、下冲和过冲等。信号可参考电源或接地平面，但优先选择接地平面。没有实心平面参考，单端和差分阻抗控制将变得困难，还可能发生串扰，且这种串扰难以排查。在层叠结构中对称配对实心平面可显著减少PCB在制造过程中的翘曲，对于使用BGA组件的电路板尤为重要。

5.2.2 避免分割平面

永远不要在信号的参考平面分割处布线，这种布线方式会损害信号完整性，应采用绕过平面分割的正确布线方式。

5.2.3 避免串扰

串扰是指通过电感和电容耦合从一条走线到另一条走线的干扰。避免串扰的最佳方法包括为所有高速信号提供稳定的参考平面，在适用的情况下对所有信号使用3W规则（走线间距为走线宽度的3倍），对时钟信号必须使用该规则；在易受串扰影响的受害或干扰信号周围使用接地走线/保护线；当PCB布线空间有限时，可使用串联或终端匹配电阻来使走线更靠近，但需进行计算和模拟以验证消除串扰的效果。

6. 机械、封装和可订购信息

SN75LVPE801有多种封装选项，如WSON (DRF) 封装，提供不同的引脚数量、包装数量、载体类型、RoHS合规性、工作温度范围、部件标记、材料类型、MSL评级/峰值回流温度等信息。同时，还包含该封装的机械数据、热焊盘机械数据、焊盘图案数据等详细信息，方便工程师进行设计和选择。

总之，SN75LVPE801凭借其丰富的特性、广泛的应用领域和详细的设计指导，为电子工程师在高速数据传输设计中提供了一个可靠的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理选择和使用该器件，充分发挥其性能优势。大家在使用这款器件的过程中有遇到过什么问题吗？欢迎在评论区分享交流。