探索RC2121xA评估板：PCIe时钟生成的理想之选

在电子设计领域，时钟生成对于PCIe Gen合规和商业汽车应用至关重要。Renesas的RC2121xA评估板（EVB）为工程师提供了一个强大的平台，用于评估RC21211、RC21212A、RC21213A和RC21214A设备在合成器模式下的时钟生成功能。今天我们就来深入了解一下这款评估板。

文件下载：Renesas Electronics RC2121 评估板.pdf

评估板概述

RC2121xA评估板专为支持用户评估PCIe Gen合规和商业汽车应用中的时钟生成而设计。它具有出色的规格，如169fs RMS相位抖动（10kHz - 20MHz，156.25MHz），PCIe Gen6公共时钟（CC）27fs RMS。板载内容丰富，包括评估板本身、晶体或晶体过驱动（REFIN）的SMA接口、USB电缆等。

主要特性

• 广泛的输出支持：支持PCIe SRIS和SRNS，提供1kHz至650MHz（差分）和1kHz至200MHz（单端）的输出范围。
• 多种输出类型：具备LVCMOS、LVDS或低功耗HCSL输出类型，通过简单的交流耦合可兼容LVPECL和CML，LP - HCSL还集成了终端。
• 可编程GPIO：拥有七个可编程通用输入/输出（GPIO），可实现灵活的配置。
• I2C串口和OTP内存：配备1MHz I2C串口，多个配置可存储在内部一次性可编程（OTP）内存中。
• 其他特性：晶体过驱动上有可用的感测线，输出上有用于高阻抗探头的测试点，还可通过跳线选择3.3V/2.5V/1.8V的电压设置。

功能描述

操作特性

评估板能够在 - 40°C至 + 105°C的温度范围内正常工作，支持3.3V和1.8V的VDD值。VDD_J香蕉连接可在1.71V至3.63V范围内设置任何所需电压。RC2121xA设备符合ISO9001标准，通过AEC - Q100认证，并支持PPAP。

设置和配置

不同型号对比

RC21211/RC21212为十二对差分输出设备，而RC21213/RC21214为八对差分输出设备。此外，RC21211/RC21213有单晶体/参考输入，RC21212/RC21214则有两个晶体/参考输入。

晶体/参考输入

评估板有两个未安装的晶体焊盘U1和U2，可使用8MHz至80MHz的不同晶体频率。XIN0/REFIN0输入可通过SMA连接器以单端或差分模式使用外部时钟驱动XIN引脚，参考输入的支持频率范围在差分模式下为1kHz至650MHz，单端模式下为8kHz至250MHz。

串行连接

通过USB - C连接器可将评估板连接到计算机，板载的USB - to - MPSSE桥（FTDI FT232HQ）负责数据通信。USB - C的 + 5V可为板载稳压器供电，也可通过香蕉连接器使用外部 + 5V电源。RC2121xA设备仅支持I2C通信。

GPI/GPIO DIP开关选择器

评估板上有两个DIP开关（SW1，SW2）用于支持RC21211/RC21212设备上的GPIO和GPI引脚。默认情况下，开关处于中间位置，可将GPIO0 - GPIO6配置为2级（高/低）。GPI引脚仅在单晶体输入变体中可用，若要使用GPI0和GPI1，需禁用XTAL1输入。

输出

RC21211/RC21212的十二对差分输出对可编程为LVDS、LP - HCSL或LVCMOS逻辑类型。LP - HCSL输出最为通用，可自定义幅度、压摆率和输出阻抗。LVCMOS输出类型可对输出相位、压摆率等进行编程。评估板默认所有输出为LP - HCSL输出类型。

电源和USB连接

评估板通过USB电缆连接到计算机，建议连接到USB 2.0端口。USB提供 + 5V电源给板载稳压器，板载稳压器支持3.3V和1.8V电压。电压源可来自板载稳压器或VDD_J香蕉连接器。使用VDD_J电源插孔时，仍需USB连接到计算机以使用RICBox软件对RC2121xA设备进行编程。

Renesas集成电路工具箱（RICBox）

RICBox软件可使用板载FTDI芯片或Aardvark工具对评估板上的RC2121xA设备进行编程，提供了用户友好的界面来支持配置编程。

编程步骤

1. 用USB电缆将评估板上的J64连接到计算机。
2. 按照Renesas IC Toolbox用户指南启动RICBox软件。
3. 创建新项目。
4. 选择AutoClock产品系列和产品变体。
5. 在输入向导页面设置XTAL0/1 REFIN0/1的模式和预期输入频率，以及内部 $C_{L}$ 值。
6. 配置输出银行设置，包括分频器源、输出频率和输出模式。
7. 点击完成按钮查看配置摘要。
8. 连接到RC2121xA设备。
9. 开始编程。
10. 可查看框图了解配置。

评估板组件

布局指南

ePAD

为了最大限度地散热，PCB上应在封装的外露金属焊盘或散热片对应的焊盘图案内设置焊盘图案，设计时要确保焊盘图案外边缘与引脚焊盘图案内边缘之间有足够的间隙，避免短路，并保证有足够的过孔用于散热。建议过孔直径为12至13密耳（0.30至0.33 mm），铜过孔桶镀1oz。同时，要注意消除外露散热片和焊盘图案之间的焊料空洞。ePAD可连接到VEE以实现不同输入/输出样式的分离电源平面。

晶体/参考输入

晶体应尽可能靠近AutoClock设备放置，XIN/XOUT走线长度应相同。对于外部调谐电容，应将其从XIN/XOUT连接到ePAD参考电压。单端参考输入时，仅将REFIN走线设计为单端50Ω；差分输入时，设计为差分50Ω。

串行连接

串行通信时，SCL和SDA上拉电阻需连接到VDDD，若需要可使用电平转换器，上拉电阻取值范围为1kΩ至10kΩ，建议将串行信号靠近布线。

GPI/GPIO

要使用GPI，需禁用XTAL1输入，因为它们共享相同的引脚。逻辑电平由VDDD相对于VEE确定，GPI/GPIO可配置为内部上拉/下拉，信号布线应尽量减少回流环路。

输出

对于LVCMOS输出类型，应将走线设计为单端50Ω，并在AutoClock设备附近放置一个33Ω的串联电阻；对于差分输出类型，设计为差分50Ω。对于LPHCSL，若输出阻抗设置为85Ω，需在AutoClock设备附近放置一个7.5Ω的串联电阻。对于LVDS，若接收器没有内置终端，需在P和N之间添加100Ω电阻。可根据需要使用串联电容对输出进行交流耦合。

电源

请遵循推荐的电源滤波原理图，每个0.1µF电容应尽可能靠近相应的RC21212A电源引脚放置。对于1.8V设置，应选择能最小化电压降的穿心电容；对于3.3V设置，可使用推荐的铁氧体磁珠（如AN - 805中所述），其直流电阻应小于0.4欧姆。

原理图和布局

评估板提供了40引脚VFQFPN和48引脚VFQFPN的原理图，同时展示了十层板的布局，包括顶层、信号层、时钟信号层、接地层和电源层等。

快速启动指南

1. 用USB - C电缆将评估板连接到计算机，此连接将提供电源并建立通信。
2. 若使用外部电源，将评估板上的电源源选择器切换到“VDD_J”。
3. 安装RICBox软件，具体说明可参考Renesas IC Toolbox软件手册。
4. 按照上述配置说明对评估板进行配置。
5. 根据配置对评估板进行编程，配置可保存为“.rbs”格式。
6. 使用相位噪声分析仪（PNA），如E5052或FSWP进行测量。

订购信息和修订历史

提供了RC21212 - EVB（12输出评估板）和RC21214 - EVB（8输出评估板）的订购信息，以及该手册的修订历史，初始版本于2024年4月25日发布。

总的来说，Renesas的RC2121xA评估板为PCIe时钟生成评估提供了全面而强大的解决方案。工程师们在使用过程中可以根据上述详细的说明进行操作和配置，相信能在设计中充分发挥其性能。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。