XIO2213A PCI Express 到 1394b OHCI 控制器的设计指南

在电子设备设计中，PCI Express 到 1394b OHCI 控制器的应用十分广泛。XIO2213A 作为一款重要的控制器，为平台设计师提供了强大的功能。本文将依据相关文档，详细介绍 XIO2213A 的设计要点，希望能为工程师们在实际设计中提供参考。

文件下载：XIO2213AEVM.pdf

一、典型系统实现

XIO2213A 实现了从 PCI Express 到 1394b 电缆端口协议的转换，它以 PCI Express 链路作为主接口，1394b 电缆端口作为次接口。支持 100 - MHz 通用差分 PCI Express 参考时钟或 125 - MHz 异步单端参考时钟，而 1394b 核心需要 98.304 - MHz 振荡器。此外，还有八个通用输入输出（GPIO）用于系统定制。

大家在设计时要思考：如何根据实际系统需求选择合适的参考时钟？

二、电源考虑

1. 数字和模拟电源

XIO2213A 需要 1.5 - V、1.95 - V 和 3.3 - V 的数字和模拟电源。不同电压的电源为不同的核心和输入输出单元供电，且都需要连接 0.1 - µF 的旁路电容到 GND 以保证正常运行。对于 DVDD_CORE 电源滤波，建议每个 DVDD_CORE 端子靠近器件放置 1 - F 电容到地。

2. 振荡器电源

98.304 - MHz 振荡器的 3.3 - V 电源应与其他 3.3 - V 电源隔离，可通过铁氧体磁珠和并联的 1 - µF 和 0.1 - µF 电容实现。

3. 组合电源输出

XIO2213A 有三个组合电源轨，每个轨都有输出端子用于连接旁路电容以减少电路开关噪声。推荐的旁路电容值为 1000 pF、0.01 µF 和 1.0 µF，放置时要遵循一定规则。

4. 接地端子

为保证 XIO2213A 正常工作，建议采用统一的 (V{SS}) 和 (V{SSA}) 接地平面，并对连接接地平面的过孔和接地走线宽度进行优化。

5. 电容选择

选择旁路电容时，推荐 X7R 型电容；选择大容量电容时，推荐低 ESR 规格的电容，如径向引线铝电解电容或“D”尺寸表面贴装特种聚合物固体铝电解电容。

6. 电源上下电顺序

所有模拟和数字电源端子在上下电过程中都需要进行控制，1.5 - V、1.95 - V 模拟、1.5 - V 和 1.95 - V 数字电源应先上电、后下电。

7. 电源滤波

为满足 PCI - Express 和 1394b OHCI 抖动规格，需要对部分电源端子进行滤波。设计电源滤波器时，要考虑多个因素，如滤波器组件的串联谐振频率、电感的直流电阻、Q 值等。常见的滤波器类型有“T”滤波器和“Pi”滤波器，可根据系统噪声情况选择。

大家不妨想想：不同类型的电容在实际电源滤波中会产生怎样的效果差异？

三、PCI Express 接口考虑

1. 传输和接收链路

XIO2213A 的 TX 和 RX 端子通过 2.5 - Gbps 高速差分传输和接收 PCI Express x1 链路连接到上游 PCI Express 设备。每个差分信号对需要交流耦合，推荐使用 0.1 µF 的电容。在布线时，要遵循一系列规则，如控制信号对的长度匹配、阻抗匹配等。

2. 发射参考电阻

REF0_PCIE 和 REF1_PCIE 端子连接外部电阻以设置 PCI Express TX 驱动器的驱动电流，推荐使用两个串联电阻（14,300 - Ω 和 232 - Ω）来替代定制电阻。

3. 参考时钟输入

支持 100 - MHz 通用差分参考时钟或 125 - MHz 异步单端参考时钟，不同时钟选项有不同的连接和布线要求。

4. 复位

XIO2213A 的 PCI Express 复位（PERST）端子连接到上游设备的 PERST 输出，该输入单元具有迟滞特性，无需外部组件。

在设计 PCI Express 接口时，大家是否考虑过如何避免信号干扰和阻抗不匹配的问题？

四、1394b 端口接口考虑

XIO2213A 有三个 1394b 电缆端口，可工作在 100、200、400 或 800 Mbps。多个端子用于不同的功能，如检测电缆状态、设置功率等级、设置电缆驱动器电流等。1394b 的 TPA 和 TPB 差分对布线规则与 PCI Express 类似，但差分阻抗要求为 110 欧姆。

大家在使用 1394b 端口时，有没有遇到过信号不稳定的情况，该如何解决呢？

五、杂项端子考虑

1. GPIO 端子

XIO2213A 有八个 3.3 - V 耐受的 GPIO 端子，其方向和状态可通过寄存器配置，上电默认输入模式。

2. GRST 端子

GRST 是全局复位端子，用于自定义复位需求，上电时无需强制拉低，若无需自定义复位可浮空。

3. 其他端子

TESTM 和 TESTW 端子需通过 1 - kΩ 电阻上拉到 DVDD_33，SE 和 SM 端子需接地，部分保留端子需接地，其他保留端子建议不连接。

六、软件考虑

1. 基本编程模型

XIO2213A 的基本编程模型包括 1394b OHCI 控制器和 PCI Express 到 PCI 转换桥，支持多种操作系统配置。

2. 中断配置

1394b OHCI 核心仅在 (INTA) 上产生 PCI 总线中断，桥核心异步检测状态变化并生成上游 PCI Express 中断消息。

3. 串行 EEPROM 接口配置

外部串行 EEPROM 端口用于上电配置，其加载过程有严格的规则，需注意 EEPROM 数据的正确性。

4. BIOS 考虑

BIOS 需要对多个寄存器进行编程，包括桥经典 PCI 配置寄存器、1394b OHCI 经典 PCI 配置寄存器和 1394b OHCI 内存映射配置寄存器。

大家在软件配置时，是否注意过不同寄存器的默认值和编程规则？

七、板设计考虑

1. PHY 端口电缆连接

推荐使用 270 - pF 电容替代标准要求的 250 - pF 电容。

2. 晶体选择

使用外部 98.304 - MHz 晶体振荡器提供参考时钟，晶体需满足一定的频率精度和稳定性要求，可通过 PCLK 输出测量其性能。

在板设计中，如何确保晶体的性能满足要求，是我们需要思考的问题。

八、电源管理考虑

1. 主动状态电源管理

XIO2213A 的 PCI Express 接口可自动降低功耗，支持 L0’和 L1 主动状态电源管理（ASPM）要求，通过相关寄存器的配置来实现。

2. PCI 总线电源覆盖

系统软件可通过桥的电源覆盖功能手动降低次级 PCI 总线的功耗，需要在系统初始化时加载相关配置寄存器。

大家在电源管理设计中，如何平衡系统性能和功耗呢？

九、参考原理图和文档

文档提供了 XIO2213A 的参考原理图，包括不同电源轨、PCI Express 连接器、1394b 连接器等。同时，列出了相关的参考文档，为设计提供了更全面的依据。

总之，XIO2213A 的设计涉及多个方面，工程师们需要综合考虑各个因素，确保设计的可靠性和稳定性。希望本文能为大家在 XIO2213A 的设计中提供有益的帮助。