深度剖析DS64BR111：高速通信领域的低功耗利器

在高速通信系统的设计中，如何在保证数据传输速率的同时降低功耗，一直是电子工程师们面临的关键挑战。德州仪器（TI）的DS64BR111超低压6.4Gbps 2通道中继器，凭借其出色的性能和丰富的特性，为这一难题提供了优秀的解决方案。本文将深入剖析DS64BR111的各项特性、应用场景以及设计要点，希望能为电子工程师们在实际设计中提供有价值的参考。

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一、DS64BR111的特性亮点

1. 高速与低功耗完美结合

DS64BR111支持高达6.4Gbps的数据速率，采用单通道双向配置（1x Bidirectional Lane），能够满足高速数据传输的需求。同时，其每通道典型功耗仅为65mW，还具备关闭未使用通道的功能，有效降低了整体功耗，减少了散热需求，简化了热管理设计。

2. 先进的信号调理功能

• 接收均衡：具备高达+25dB的接收均衡能力，能够有效补偿因传输介质（如FR - 4背板或30AWG电缆）引起的符号间干扰（ISI），打开完全闭合的输入眼图，确保信号的完整性。
• 发送去加重：发送去加重功能最高可达 - 12dB，可根据不同的应用场景调整信号的幅度和频谱特性，减少信号的反射和串扰。
• 发送VOD控制：支持700 - 1200mVp - p的输出电压摆幅（VOD）控制，在6.4Gbps的数据速率下，残余确定性抖动（DJ）小于0.2UI，保证了信号的稳定性和可靠性。

3. 灵活的编程方式

DS64BR111可通过引脚选择、EEPROM或SMBus接口进行编程配置，方便工程师根据具体应用需求进行灵活设置。

4. 宽工作范围与高可靠性

• 电源选择：支持2.5V或3.3V单电源供电，可根据系统要求灵活选择。
• 封装与ESD保护：采用4mm x 4mm 24引脚无铅WQFN封装，具有良好的散热性能和电磁兼容性。同时，其HBM ESD评级大于5kV，具备较高的静电防护能力，提高了器件的可靠性。
• 工作温度范围：工业级工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，适用于各种恶劣的工业环境。

二、应用场景广泛

DS64BR111适用于多种高速通信系统，包括但不限于：

• 高速有源铜缆模块：在高速数据传输的铜缆连接中，DS64BR111可有效补偿信号损耗，提高信号质量，保证数据的可靠传输。
• FR - 4背板：用于通信系统的FR - 4背板，能够增强信号的传输能力，减少信号失真，提高系统的整体性能。
• 其他应用：还可应用于FC、SAS、SATA 3/6Gbps（带OOB检测）、InfiniBand、CPRI、OBSAI、RXAUI等多种高速串行接口。

三、功能与设计要点解析

1. 引脚功能与配置

DS64BR111的引脚功能丰富多样，不同的引脚组合可实现不同的功能配置。例如，通过ENSMB引脚可选择SMBus模式、外部EEPROM读取模式或外部引脚控制模式；EQA/B和DEMA/B引脚可在引脚控制模式下分别控制接收均衡和发送去加重的级别。

在4 - 级输入配置方面，通过电阻分压的方式实现4种有效电平的设置，内部的30K上拉和60K下拉电阻与外部电阻配合，可达到所需的电压电平。为了降低集成2.5V稳压器的启动电流，建议使用1K上拉/下拉电阻。

2. PCB布局指南

• 差分阻抗控制：CML输入和输出经过优化，适用于85 - 100Ω的受控差分阻抗互连。建议将差分线尽量布在同一层，避免使用过孔，若必须使用，应尽量减少过孔数量，并确保差分对两侧的过孔对称分布。
• 信号隔离：差分信号应远离其他信号和噪声源，以减少串扰和干扰。同时，可参考AN1187（SNOA401）获取更多关于WQFN封装的PCB布局信息。

3. 电源配置

DS64BR111可配置为2.5V或3.3V供电模式，不同模式下的电源连接方式有所不同。在3.3V模式下，需将VDD_SEL引脚通过1K电阻接地，将3.3V电源接入VIN引脚，并在VIN引脚处进行局部1.0μF的去耦。在2.5V模式下，VDD_SEL和VIN引脚浮空，将2.5V电源接入VDD引脚。

为了确保电源的稳定性，建议将电源（VDD）和地（GND）引脚连接到相邻层的电源平面，减小层间介质厚度，以形成低电感、分布式电容的电源。同时，在每个VDD引脚附近连接0.1μF的去耦电容，尽量靠近器件放置。

4. SMBus接口与配置寄存器

DS64BR111的SMBus接口兼容SMBus 2.0物理层规范，通过将ENSMB引脚拉高可启用SMBus模式，访问配置寄存器。在SMBus模式下，AD[3:0]引脚用于设置SMBus从设备地址，默认地址字节为B0'h。

SMBus通信支持读写操作，写寄存器时，主机需依次发送起始条件、7位SMBus地址、写标志、8位寄存器地址、8位数据字节和停止条件；读寄存器时，主机需在发送写操作后，再次发送起始条件、7位SMBus地址、读标志，然后读取设备返回的8位数据值。

5. EEPROM模式

DS64BR111支持从外部EEPROM读取初始配置，在SMBus主模式下，将ENSMB引脚浮空，设备可从外部EEPROM读取配置信息。外部EEPROM的设备地址字节必须为0xA0'h，AD[3:0]引脚用于设置SMBus地址。

为了避免多个DS64BR111设备在同一SMBus上的总线争用问题，可通过READEN#和DONE#引脚进行控制。系统设计时，应确保一个DS64BR111的READEN#引脚在上电时被拉低，该设备将在上电时读取外部EEPROM的配置信息，读取完成后将DONE#引脚拉低，连接到下一个设备的READEN#引脚，依次类推。

四、性能评估

1. 直流性能

在典型的直流性能测试中，测量了电源电流与输出电压设置、电源电压的关系，以及输出电压与输出电压设置的关系。这些数据有助于工程师了解器件在不同工作条件下的功耗和电压特性，为电源设计和系统优化提供参考。

2. 交流性能

通过对无介质、FR4和电缆介质等不同情况下的随机抖动（Rj）、确定性抖动（Dj）和总抖动（Tj）进行测试，评估了DS64BR111在高速数据传输中的抖动性能。测试结果表明，该器件在不同介质和数据速率下均能保持较低的抖动水平，保证了信号的稳定性和可靠性。

五、总结

DS64BR111以其低功耗、高速率、先进的信号调理功能和灵活的配置方式，成为高速通信系统设计中的理想选择。电子工程师在使用DS64BR111时，应充分了解其特性和设计要点，合理进行引脚配置、PCB布局和电源设计，以充分发挥其性能优势，提高系统的整体性能和可靠性。

在实际设计过程中，你是否遇到过类似高速通信器件的配置和布局难题？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。