DS125BR401A：低功耗12 Gbps 4通道線性中繼器詳解

在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域中，信號(hào)的完整性和穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。為了滿足高速接口的需求，德州儀器（TI）推出了DS125BR401A低功耗12 Gbps 4通道線性中繼器，下面我們就來詳細(xì)了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

DS125BR401A是一款超低功耗、高性能的中繼器/重驅(qū)動(dòng)器，專為支持四個(gè)通道的高速接口而設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)12 Gbps。它能夠補(bǔ)償FR - 4印刷電路板背板和平衡電纜的損耗，適用于SAS/SATA、PCI Express等高速接口應(yīng)用。

二、產(chǎn)品特性

2.1 低功耗設(shè)計(jì)

每個(gè)通道典型功耗僅為65 mW，并且支持對(duì)未使用的通道進(jìn)行掉電操作，有效降低了整體功耗。

2.2 線性均衡功能

線性均衡功能允許在PCIe和SAS中進(jìn)行鏈路訓(xùn)練，B側(cè)接收器的連續(xù)時(shí)間線性均衡器（CTLE）可在6 GHz時(shí)提供高達(dá)24 dB的高頻提升，能夠打開因互連介質(zhì)（如背板走線或雙軸銅纜）引起的符號(hào)間干擾（ISI）而完全閉合的輸入眼圖。A側(cè)通道具有10 dB的線性均衡器和線性輸出驅(qū)動(dòng)器。

2.3 高級(jí)信號(hào)調(diào)理

• B側(cè)I/O：接收CTLE在6 GHz時(shí)可達(dá)24 dB，發(fā)射（Tx）去加重（DE）> 10 dB，Tx輸出電壓范圍為700 mV至1400 mV。
• A側(cè)I/O：接收CTLE在6 GHz時(shí)可達(dá)10 dB，線性輸出驅(qū)動(dòng)，輸出電壓范圍超過1200 mV，可通過端子選擇、EEPROM或SMBus接口進(jìn)行編程。

2.4 其他特性

• 支持帶外（OOB）信令。
• 單電源電壓：2.5 V或3.3 V。
• 工作溫度范圍為 -40°C至85°C。
• 具有4 kV HBM ESD額定值。
• 采用10mm x 5.5mm 54引腳無鉛WQFN封裝，布局為直通式。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 SAS/SATA

在SAS - 3應(yīng)用中，DS125BR401A通過增加有源線性均衡來擴(kuò)展通道的傳輸距離，將衰減的信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)，以便在SAS - 3 Rx端更易于恢復(fù)信號(hào)。A通道的輸出經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，對(duì)TX FIR信令具有透明性，能夠?qū)?duì)最佳鏈路訓(xùn)練至關(guān)重要的信息傳遞給SAS - 3 Rx。

3.2 PCI Express

在PCIe GEN - 3系統(tǒng)中使用時(shí)，有特定的信號(hào)完整性設(shè)置，以確保信號(hào)完整性裕量。這些設(shè)置是通過系統(tǒng)臺(tái)架測(cè)試進(jìn)行優(yōu)化的。在下游方向（從CPU到EP）和上游方向（從EP到CPU）都有相應(yīng)的推薦設(shè)置，如EQ、DEM、VOD等參數(shù)的設(shè)置。

四、詳細(xì)描述

4.1 功能模式

• 終端控制模式（ENSMB = 0）：可以通過終端獨(dú)立選擇每一側(cè)的均衡和去加重。對(duì)于PCIe應(yīng)用，RXDET終端可提供對(duì)輸入終端（50Ω或>50KΩ）的自動(dòng)和手動(dòng)控制。MODE_B設(shè)置也可通過終端進(jìn)行控制。接收器電信號(hào)檢測(cè)閾值可通過SD_TH終端進(jìn)行調(diào)節(jié)。
• SMBus模式（ENSMB = 1）：VOD（輸出幅度）、均衡、去加重和終端禁用功能都可以在單個(gè)通道的基礎(chǔ)上進(jìn)行編程。當(dāng)ENSMB置位時(shí)，EQx和DEMx功能立即恢復(fù)為寄存器控制，EQx和DEMx終端轉(zhuǎn)換為AD0 - AD3 SMBus地址輸入。

4.2 編程

DS125BR401A支持通過實(shí)現(xiàn)SMBus主模式直接從外部EEPROM設(shè)備讀取數(shù)據(jù)。在使用SMBus主模式時(shí)，需要遵循特定的準(zhǔn)則，如最大EEPROM大小為8 kbits，設(shè)置ENSMB = Float以啟用SMBus主模式，外部EEPROM設(shè)備地址字節(jié)必須為0xA0'h等。

4.3 寄存器映射

系統(tǒng)管理總線接口與SMBus 2.0物理層規(guī)范兼容。在SMBus模式下，DS125BR401A具有AD[3:0]輸入，這些終端是用戶設(shè)置的SMBus從地址輸入。設(shè)備支持多達(dá)16個(gè)地址字節(jié)的設(shè)置，通過AD[3:0]輸入進(jìn)行配置。數(shù)據(jù)通過SMBus進(jìn)行傳輸時(shí)，有特定的起始、停止和空閑狀態(tài)，以及WRITE和READ事務(wù)的協(xié)議。

五、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

5.1 設(shè)計(jì)要求

在典型應(yīng)用中，需要注意一些設(shè)計(jì)要求。例如，要根據(jù)系統(tǒng)配置圖限制最大損耗，采用100Ω阻抗的走線，這些走線通常是松散耦合的，以簡(jiǎn)化布線長度差異。在每個(gè)通道段的接收器端附近放置交流耦合電容器，以最小化反射，交流耦合電容器的最大尺寸為0402。對(duì)連接器過孔和信號(hào)過孔進(jìn)行背鉆，以最小化過孔殘樁長度，使用參考平面過孔確保返回電流的低電感路徑。

5.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

DS125BR401A應(yīng)放置在相對(duì)于整個(gè)通道衰減的偏移位置，INA側(cè)的最大衰減為10 dB，INB側(cè)為22 dB。輸入通道段衰減最低的應(yīng)始終連接到INA端口。在SAS - 3環(huán)境中，A通道的設(shè)備設(shè)置為EQ = Level 4，DEMA1 = 1和DEMA0 = 0（終端模式）或EQ = 03'h，VOD = 111'b，DEM = 000'b（SMBus模式）；B通道具有比A通道更大的信號(hào)增益，在較長的通道配置中，即使B通道輸入在6 GHz時(shí)衰減約20 dB，也能通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)置恢復(fù)良好的眼圖。

六、電源供應(yīng)建議

為了確保DS125BR401A獲得充足的電源供應(yīng)，建議采用兩種方法。一是將電源（VDD）和接地（GND）端子連接到印刷電路板相鄰層上的電源平面，盡量減小電介質(zhì)的層厚度，使VDD和GND平面形成具有分布式電容的低電感電源。二是通過正確使用旁路電容器來進(jìn)行電源旁路，每個(gè)VDD端子應(yīng)連接一個(gè)0.1μF的旁路電容器，并盡可能靠近DS125BR401A放置。此外，還應(yīng)在電源旁路設(shè)計(jì)中加入電容值在1 μF至10 μF范圍內(nèi)的電容器，這些電容器可以是鉭電容或超低ESR陶瓷電容。

七、布局建議

7.1 布局準(zhǔn)則

CML輸入和輸出經(jīng)過優(yōu)化，適用于使用100Ω受控差分阻抗的互連。建議將差分線專門布線在電路板的一層，特別是輸入走線。盡量避免使用過孔，如果必須使用，應(yīng)謹(jǐn)慎使用，并確保每個(gè)差分對(duì)的兩側(cè)對(duì)稱放置。使用差分過孔時(shí)，布局還必須為返回電流提供低電感路徑。將差分信號(hào)遠(yuǎn)離印刷電路板上的其他信號(hào)和噪聲源。

7.2 布局示例

為了最小化串?dāng)_的影響，應(yīng)保持線對(duì)間和線對(duì)內(nèi)間距的比例為5:1或更大。通過增加每個(gè)過孔周圍的焊盤尺寸，并為返回電流提供低電感路徑，可以最小化或消除差分過孔處的阻抗不連續(xù)性。對(duì)于厚背板PCB的過孔結(jié)構(gòu)，通常會(huì)采用背鉆等進(jìn)一步優(yōu)化措施，以減少過孔殘樁對(duì)信號(hào)路徑的高頻有害影響。

八、總結(jié)

DS125BR401A以其低功耗、高性能和豐富的功能特性，在高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。無論是在SAS/SATA還是PCI Express等應(yīng)用中，都能通過其先進(jìn)的信號(hào)調(diào)理和均衡功能，有效提升信號(hào)的傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，嚴(yán)格遵循其電源供應(yīng)、布局等方面的建議，能夠充分發(fā)揮該產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，為高速接口設(shè)計(jì)提供可靠的解決方案。電子工程師們?cè)诿鎸?duì)高速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)時(shí)，DS125BR401A無疑是一個(gè)值得考慮的優(yōu)秀選擇。