高速数据传输利器：DS320PR1601线性转接驱动器全解析

在高速数据传输领域，PCIe、CXL等接口技术不断发展，对数据传输速率和信号质量的要求也越来越高。DS320PR1601作为一款支持PCIe 5.0、CXL 2.0等多种接口的线性转接驱动器，为解决高速数据传输中的信号衰减和失真问题提供了有效的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款器件。

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一、DS320PR1601概述

DS320PR1601是一款32通道（每个方向16通道）或x16（16通道）低功耗高性能线性中继器或转接驱动器。它的设计目标是支持PCIe 5.0、CXL 2.0、UPI 2.0和其他接口，最高可支持32Gbps的传输速率。该器件具有低通道间串扰、低附加抖动和超低的回波损耗等优点，在链路中几乎可用作无源元件，同时又具备均衡功能，能够有效改善信号质量。

二、特性亮点

1. 高性能信号处理

• CTLE均衡器：接收器部署了连续时间线性均衡器（CTLE），可提供可编程高频增强功能。在16GHz时，CTLE能提升21dB，有效打开因PCB布线等互连介质引起的码间串扰（ISI）而完全关闭的输入眼图，为信号传输提供了有力保障。
• 超低延迟：具有130ps的超低延迟，能够满足高速数据传输对实时性的要求。
• 低附加抖动：PRBS数据的附加随机抖动低至50fs，确保了信号的稳定性和准确性。

2. 低功耗设计

采用3.3V单电源供电，每个通道的有功功率仅为164mW，有效降低了系统的功耗，提高了能源利用效率。

3. 灵活的配置方式

支持I2C/SMBus或EEPROM编程，针对PCIe用例还具备自动接收器检测功能，能够无缝支持PCIe链路训练。此外，它还支持x4、x8、x16总线宽度，可根据不同的应用需求进行灵活配置。

4. 节省布板空间

封装内Tx引脚上有64个集成交流耦合电容器，可节省布板空间，使电路板设计更加紧凑。

三、应用场景

DS320PR1601适用于多种高速数据传输场景，包括但不限于以下几个方面：

1. 服务器领域

在机架式服务器、微服务器和塔式服务器中，可用于提升PCIe链路的传输距离和信号质量，增强服务器的性能和稳定性。

2. 高性能计算

为高性能计算系统中的高速数据传输提供支持，确保数据能够快速、准确地传输。

3. 存储系统

在网络连接存储、存储区域网络（SAN）和主机总线适配器（HBA）卡等存储系统中，可有效解决信号衰减问题，提高存储系统的读写速度和可靠性。

4. 网络设备

适用于网络接口卡（NIC）等网络设备，提升网络数据传输的效率和稳定性。

四、详细规格

1. 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于确保其安全可靠运行至关重要。DS320PR1601的绝对最大额定值包括电源电压、I/O电压、结温等参数，超出这些范围可能会导致器件永久性损坏。

2. ESD和闩锁额定值

该器件具有良好的静电放电（ESD）和闩锁保护能力，人体模型（HBM）可达±2000V，带电设备模型（CDM）可达±500V，信号引脚闩锁免疫水平为±100mA，能够有效防止静电和闩锁对器件造成的损害。

3. 推荐工作条件

在推荐工作条件下，DS320PR1601能够发挥最佳性能。推荐的电源电压为3.0 - 3.6V，工作温度范围为 - 40°C至120°C，同时对电源噪声也有一定的容忍度。

4. 电气特性

包括直流电气特性和高速电气特性，如输入输出电压、电流、电容、增益等参数，这些特性直接影响着器件的性能和应用效果。

五、功能描述

1. 线性均衡

DS320PR1601的接收器采用CTLE进行线性均衡，具有18种可用的均衡增益设置，可通过SMBus/I2C寄存器进行配置。不同的均衡设置能够适应不同的传输通道损耗，提供最佳的信号补偿效果。

2. 平坦增益

整体数据路径的平坦增益（DC和AC）可通过SMBus/I2C寄存器进行编程，有五种可用的平坦增益设置可供选择。默认推荐设置为0dB，能够确保输出信号在DC和高频时不超过器件的线性范围。

3. 接收器检测状态机

部署了Rx检测状态机，可根据PCI Express规范确定链路远端是否存在有效的PCI Express终端。系统设计人员可通过SMBus/I2C控制接口灵活设置器件的工作模式。

4. 五级控制输入

具有五级输入引脚，通过电阻分压器设置五个有效电平，提供更广泛的控制设置范围。这些引脚在电源上电时进行采样，外部电阻的公差需在10%或更好。

5. 集成电容器

所有Tx引脚集成了64个220nF的交流耦合电容器，电压额定值为2.5V，公差为20%，节省了外部元件的使用，简化了电路板设计。

六、编程与配置

1. 引脚配置

DS320PR1601的16个数据通道通过xADDRx和PDx引脚进行分组，用于I2C配置和PCIe状态机分组。PDx引脚可控制每组8个通道的电源状态，ADDRx引脚用于设置SMBus/I2C目标地址。

2. SMBUS/I2C寄存器控制接口

在SMBus/I2C目标控制模式下，可通过标准的I2C或SMBus接口对器件进行配置，最高工作频率可达400kHz。也可通过加载EEPROM中的设置进行配置。在这种模式下，SCL和SDA引脚需通过上拉电阻连接到3.3V电源。

3. 共享寄存器和通道寄存器

器件具有共享寄存器和通道寄存器，用于控制设备的各种功能，如复位、EQ增益控制、接收器检测等。通过对这些寄存器的配置，可以实现对器件的精确控制。

七、应用与设计

1. PCIe x16车道配置

在服务器或主板应用中，DS320PR1601可用于增强PCI Express链路的信号传输能力。在设计时，需注意使用85Ω阻抗的走线、匹配P和N走线的长度、最小化过孔的Stub长度等，以确保信号的质量和稳定性。

2. 电源供应建议

电源供应应满足推荐工作条件中的直流电压、交流噪声和启动斜坡时间要求。一般情况下，不需要特殊的电源滤波，只需进行标准的电源去耦，如在VCC引脚附近放置适量的0.1µF、1.0µF和10.0µF电容。

3. 布局指南

在电路板布局时，应将去耦电容尽量靠近VCC引脚，高速差分信号应紧密耦合、匹配走线长度并控制阻抗。尽量避免在高速差分信号上使用过孔，如需使用，应采取措施最小化过孔Stub。同时，可在高速差分信号焊盘下方使用GND relief来改善信号完整性。

八、总结

DS320PR1601作为一款高性能的线性转接驱动器，在高速数据传输领域具有广泛的应用前景。它的高性能信号处理能力、低功耗设计、灵活的配置方式以及对多种接口的支持，使其成为解决高速数据传输问题的理想选择。在实际应用中，电子工程师们需要根据具体的设计需求，合理选择器件的配置和参数，并严格遵循设计指南进行电路板设计，以确保系统的性能和可靠性。你在使用类似器件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。