SN75LVPE801：8.0Gbps SATA Express均衡器和轉(zhuǎn)接驅(qū)動(dòng)器的卓越之選

在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域中，信號(hào)的穩(wěn)定與高效傳輸至關(guān)重要。今天，我們來深入了解一款在SATA Express應(yīng)用中表現(xiàn)出色的器件——SN75LVPE801。

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1. 產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1.1 多標(biāo)準(zhǔn)支持與多速率運(yùn)行

SN75LVPE801支持SATA Express，具備可選均衡和去加重功能，還支持熱插拔。它能實(shí)現(xiàn)多速率運(yùn)行，涵蓋SATA的1.5Gpbs、3.0Gpbs、6.0Gpbs，以及PCIe的2.5Gbps、5.0Gbps、8.0Gbps。這使得它能廣泛適配不同的設(shè)備和應(yīng)用場(chǎng)景，滿足多樣化的需求。

1.2 長距離數(shù)據(jù)傳輸與損耗補(bǔ)償

該器件適用于長達(dá)40英寸（1.0米）的各種尺寸FR4 PC電路板接收8.0Gbps數(shù)據(jù)。在3GHz頻率下，可補(bǔ)償接收端高達(dá)14dB的損耗，以及發(fā)送端1.2dB的損耗，有效保障了長距離傳輸時(shí)信號(hào)的質(zhì)量。

1.3 低功耗與高保護(hù)

集成輸出噪聲抑制功能，能減少噪聲對(duì)信號(hào)的干擾。溫度范圍為0°C至85°C，適應(yīng)多種環(huán)境。自動(dòng)低功耗特性更是一大亮點(diǎn)，可使功耗降低90%以上，工作模式典型值小于100mW，自動(dòng)低功耗模式典型值小于11mW。同時(shí)，它采用3.3V單電源供電，并且針對(duì)靜電放電（ESD）瞬態(tài)有高度保護(hù)功能，人體放電模式（HBM）可達(dá)6kV，組件充電模式（CDM）可達(dá)1.5kV。此外，其超小型尺寸為2mm × 2mm WSON封裝，節(jié)省了電路板空間。

2. 廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

SN75LVPE801的應(yīng)用范圍十分廣泛，包括筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)、擴(kuò)展塢、服務(wù)器和工作站等。這些設(shè)備通常對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性有較高要求，而該器件正好能滿足這些需求。

3. 詳細(xì)的技術(shù)說明

3.1 基本功能概述

SN75LVPE801是一款通用型單通道SATA Express信號(hào)調(diào)節(jié)器，最高可支持8Gbps的數(shù)據(jù)速率。它支持SATA Gen 1、2和3規(guī)范以及PCIe 1.0、2.0和3.0。由3.3V單電源供電運(yùn)行，配有帶自偏置特性的100Ω線路端接電阻，適用于交流耦合。輸入端包含一個(gè)帶外（OOB）檢測(cè)器，可在輸入差分電壓低于閾值時(shí)自動(dòng)抑制輸出端噪聲，同時(shí)保持一個(gè)穩(wěn)定的共模電壓。此外，它還能依據(jù)SATA標(biāo)準(zhǔn)處理擴(kuò)頻時(shí)鐘（SSC）傳輸。

3.2 關(guān)鍵特性詳解

3.2.1 接收端特性

• 接收端端接：接收器有集成到內(nèi)部偏置電壓的端接，差分輸入阻抗標(biāo)稱值為100Ω，有±15%的變化。為實(shí)現(xiàn)PCI Express兼容性，需在連接器和交流電容器之間包含330Ω下拉電阻。
• 接收端內(nèi)部偏置：接收器內(nèi)部偏置為1.7V，支持交流耦合輸入。
• 接收端均衡：采用可編程均衡，EQ輸入控制均衡級(jí)別。EQ輸入開路或拉低時(shí)，在4GHz處應(yīng)用8dB的均衡；EQ輸入為高時(shí)，均衡設(shè)置為16dB（同樣在4GHz處）。

3.2.2 OOB/Squelch功能

接收器包含一個(gè)帶外（OOB）檢測(cè)電路。OOB檢測(cè)器持續(xù)監(jiān)控差分輸入信號(hào)，其入口閾值為50mVpp。當(dāng)接收器輸入的差分信號(hào)小于該閾值時(shí)，設(shè)備發(fā)射器進(jìn)入靜噪狀態(tài)；當(dāng)輸入信號(hào)超過90mVpp退出閾值時(shí)，設(shè)備在5ns內(nèi)退出靜噪狀態(tài)。

3.2.3 自動(dòng)低功耗模式

當(dāng)差分輸入信號(hào)小于50mV且持續(xù)時(shí)間超過10μs時(shí)，設(shè)備進(jìn)入自動(dòng)低功耗（ALP）模式。在此模式下，設(shè)備通過主動(dòng)監(jiān)控輸入信號(hào)水平來進(jìn)入和退出低功耗狀態(tài)，可將功耗降低至正常工作功率的10%以下。當(dāng)輸入信號(hào)超過OOB退出閾值時(shí)，設(shè)備恢復(fù)到活動(dòng)狀態(tài)，退出時(shí)間小于50ns（最大）。

3.2.4 發(fā)射器特性

• 發(fā)射器輸出信號(hào)：去加重禁用（DE輸入開路或拉低）時(shí)，差分輸出信號(hào)為650mVpp。
• 發(fā)射器共模：發(fā)射器共模輸出設(shè)置為1.7V。
• 去加重：發(fā)射器采用可編程去加重，DE輸入控制去加重的量。DE輸入開路或拉低時(shí)，去加重關(guān)閉；DE輸入拉高時(shí)，發(fā)射器輸出使用1.2dB的去加重。
• 發(fā)射器端接：發(fā)射器包含集成端接，接收器差分輸出阻抗標(biāo)稱值為100Ω，變化≤22%。

3.3 設(shè)備功能模式

3.3.1 活動(dòng)模式

這是正常工作模式。當(dāng)設(shè)備通電且接收器的差分輸入信號(hào)大于90mVpp時(shí)，設(shè)備處于活動(dòng)模式，滿足數(shù)據(jù)手冊(cè)中的所有規(guī)格。

3.3.2 靜噪模式

設(shè)備通電且接收器的差分輸入信號(hào)小于50mVpp時(shí)，設(shè)備處于靜噪模式。在此模式下，發(fā)射器輸出均設(shè)置為VCM_TX（即1.7V）。

3.3.3 自動(dòng)低功耗模式

當(dāng)設(shè)備通電且接收器的差分輸入信號(hào)小于50mVpp且持續(xù)時(shí)間超過10ns時(shí)，設(shè)備轉(zhuǎn)換到自動(dòng)低功耗（ALP）模式。在ALP模式下，發(fā)射器輸出均設(shè)置為VCM_TX，同時(shí)關(guān)閉內(nèi)部電路以降低功耗。

4. 應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

4.1 應(yīng)用信息

SN75LVPE801可用于SATA應(yīng)用和SATA Express應(yīng)用，支持?jǐn)?shù)據(jù)速率從1.5到8Gbps的SATA Gen1、Gen2和Gen3應(yīng)用。其內(nèi)置的均衡電路在4GHz處可提供高達(dá)16dB的均衡，能支持SATA GEN2（3Gbps）應(yīng)用在長達(dá)50英寸的FR - 4材料上，也適用于SATA Gen3（8Gbps）應(yīng)用在長達(dá)40英寸的FR4材料上。

4.2 典型SATA應(yīng)用

4.2.1 設(shè)計(jì)要求

包括SATA信號(hào)速率為1.5 - 6.0Gbps，交流耦合電容為10nF，互連特性阻抗為100Ohms，互連長度對(duì)于SATA Gen2可達(dá)50英寸FR4，對(duì)于SATA Gen3可達(dá)40英寸FR4，端接電阻為100Ohms差分并集成到TX和RX。

4.2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

在典型的SATA應(yīng)用中，SATA主機(jī)（如筆記本或臺(tái)式機(jī)）通過背板差分對(duì)或SATA電纜與SATA接收器（如SSD大容量存儲(chǔ)設(shè)備）通信。使用SN75LVPE801作為均衡器/重驅(qū)動(dòng)器時(shí)，應(yīng)將其放置在互連的末端附近，以利用其高達(dá)16dB的均衡和1.2dB的去加重功能來補(bǔ)償通道中的高頻損耗。同時(shí)，要確?；ミB材料和長度的通道損耗與SN75LVPE801的可選均衡和去加重設(shè)置相匹配，可通過通道建模來保證建立和維持低誤碼率鏈路。交流耦合電容選擇10nF以符合SATA標(biāo)準(zhǔn)。此外，設(shè)計(jì)者可根據(jù)信號(hào)質(zhì)量情況選擇是否使用該器件，可先使用0Ω電阻測(cè)試鏈路末端的眼圖質(zhì)量，若不理想再替換為SN75LVPE801。

4.2.3 應(yīng)用曲線

文檔中給出了在6Gbps下不同測(cè)試點(diǎn)的眼圖，如不同的X和Y距離組合下的眼圖，直觀地展示了SN75LVPE801在不同配置下的信號(hào)調(diào)節(jié)效果。

4.3 SATA Express應(yīng)用

4.3.1 設(shè)計(jì)要求

SATA Express信號(hào)速率為1.5 - 8.0Gbps，交流耦合電容為200 - 220nF，互連特性阻抗為100，互連長度對(duì)于SATA Gen2可達(dá)50英寸FR4，對(duì)于SATA Gen3可達(dá)40英寸FR4，接收器下拉端接為330，端接電阻為100Ohms差分并集成到TX和RX。

4.3.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

在SATAe設(shè)計(jì)中，需同時(shí)支持SATA和PCI Express，支持有線和直接連接。以有線應(yīng)用為例，SATAe電源連接器包含一個(gè)接口檢測(cè)（IFDet）信號(hào)，用于指示連接的是SATA客戶端還是PCIe客戶端。當(dāng)檢測(cè)到PCIe客戶端時(shí)，主機(jī)進(jìn)行接收器檢測(cè)，通過檢測(cè)負(fù)載阻抗來確定客戶端的存在。在設(shè)計(jì)中，在主機(jī)和SN75LVPE801之間插入330Ω下拉電阻，以向主機(jī)表明有客戶端存在。同時(shí)，設(shè)備或客戶端側(cè)使用200nF交流耦合電容，可與SATA和PCIe客戶端接口兼容。在高速傳輸線上，可使用0201封裝尺寸的電阻以避免產(chǎn)生傳輸線短截線。

4.3.3 應(yīng)用曲線

在PCIe 3.0速度為8Gbps的測(cè)試中，給出了SN75LVPE801的眼圖，展示了其在該應(yīng)用下的性能。

4.4 PCIe應(yīng)用

PCIe - 僅應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方式與SATA Express應(yīng)用類似，唯一的區(qū)別是將主機(jī)到設(shè)備鏈路的220nF交流耦合電容從設(shè)備側(cè)的連接器移到主機(jī)側(cè)，無需其他更改。

5. 電源供應(yīng)與布局建議

5.1 電源供應(yīng)建議

SN75LVPE801DRF設(shè)計(jì)為從單3.3V電源供電。要遵循正確的電源排序程序，先施加VCC，再施加任何輸入信號(hào)；電源關(guān)閉順序相反。

5.2 布局建議

5.2.1 返回電流和平面參考

高頻返回信號(hào)/電流應(yīng)遵循信號(hào)回流到其原始源的路徑，因?yàn)樗行盘?hào)都在閉環(huán)中流動(dòng)。最小化閉環(huán)的環(huán)路面積有利于降低電磁干擾（EMI）和提高信號(hào)完整性。最佳方法是讓信號(hào)參考其最近的實(shí)心接地或電源平面，避免返回信號(hào)受阻，否則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)完整性問題，如反射、串?dāng)_、下沖和過沖等。信號(hào)可參考電源或接地平面，但優(yōu)先選擇接地平面。沒有實(shí)心平面參考，單端和差分阻抗控制將變得困難，還可能發(fā)生串?dāng)_，且這種串?dāng)_難以排查。在層疊結(jié)構(gòu)中對(duì)稱配對(duì)實(shí)心平面可顯著減少PCB在制造過程中的翹曲，對(duì)于使用BGA組件的電路板尤為重要。

5.2.2 避免分割平面

永遠(yuǎn)不要在信號(hào)的參考平面分割處布線，這種布線方式會(huì)損害信號(hào)完整性，應(yīng)采用繞過平面分割的正確布線方式。

5.2.3 避免串?dāng)_

串?dāng)_是指通過電感和電容耦合從一條走線到另一條走線的干擾。避免串?dāng)_的最佳方法包括為所有高速信號(hào)提供穩(wěn)定的參考平面，在適用的情況下對(duì)所有信號(hào)使用3W規(guī)則（走線間距為走線寬度的3倍），對(duì)時(shí)鐘信號(hào)必須使用該規(guī)則；在易受串?dāng)_影響的受害或干擾信號(hào)周圍使用接地走線/保護(hù)線；當(dāng)PCB布線空間有限時(shí)，可使用串聯(lián)或終端匹配電阻來使走線更靠近，但需進(jìn)行計(jì)算和模擬以驗(yàn)證消除串?dāng)_的效果。

6. 機(jī)械、封裝和可訂購信息

SN75LVPE801有多種封裝選項(xiàng)，如WSON (DRF) 封裝，提供不同的引腳數(shù)量、包裝數(shù)量、載體類型、RoHS合規(guī)性、工作溫度范圍、部件標(biāo)記、材料類型、MSL評(píng)級(jí)/峰值回流溫度等信息。同時(shí)，還包含該封裝的機(jī)械數(shù)據(jù)、熱焊盤機(jī)械數(shù)據(jù)、焊盤圖案數(shù)據(jù)等詳細(xì)信息，方便工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。

總之，SN75LVPE801憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和詳細(xì)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，為電子工程師在高速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理選擇和使用該器件，充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用這款器件的過程中有遇到過什么問題嗎？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。