在高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）技術(shù)至關(guān)重要。本文介紹的是 2019 年 PCI - SIG（PCI Special Interest Group）發(fā)布的關(guān)于 PCIe 信號設(shè)計過程中使用中繼器（Redriver&Retimer）的資料，即便在當(dāng)下，它依然是 PCIe 設(shè)計的黃金指南。

目前，許多產(chǎn)品的 PCIe 設(shè)計都基于此標(biāo)準(zhǔn)來評估風(fēng)險。像常見的高速產(chǎn)品服務(wù)器，也是依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估的。常見的 PCIe 信號布局形式如下：

在實際項目評估階段，會針對不同的拓?fù)浣Y(jié)果進(jìn)行整理和簡單評估。

整個鏈路中，系統(tǒng)端的主板變量，而改善其性能直接的方式就是選擇合適的板材。常見的板材分類有 Mid - loss（中損耗）、Low - loss（低損耗）和 Ultra - low - loss（超低損耗）。不過，目前行業(yè)對損耗并沒有統(tǒng)一的定義和標(biāo)準(zhǔn)，不同板廠以及資料給出的分類也有所不同。

影響插入損耗值的變量因素眾多，包括材料特性、布線層、走線寬度、銅箔粗糙度、堆疊結(jié)構(gòu)、環(huán)境因素等。設(shè)計人員需要根據(jù)具體設(shè)計和應(yīng)用場景來確定相應(yīng)的損耗值。資料還給出了一些不同板材的參考值：

這里需要注意兩點：
其一，并非某一分類的所有材料都具有相同性能。有些材料電性能更好，有些材料工藝性能更優(yōu)，這種取舍需要根據(jù)設(shè)計產(chǎn)品本身來定位，尤其是在進(jìn)行產(chǎn)品降本分析時。
其二，除了要注意板廠的制造公差以及不同板廠的制程偏差外，還需特別關(guān)注產(chǎn)品的使用環(huán)境，如高溫高濕等特殊環(huán)境會對產(chǎn)品性能產(chǎn)生很大影響，因此在設(shè)計產(chǎn)品時需要預(yù)留一定的裕量。

中繼器

如果鏈路的裕量不足，除了采用升級板材這種較為直接的方式外，還可以考慮使用中繼器（Redriver&Retimer）。

Redriver（重驅(qū)動器）

輸入的模擬信號經(jīng)過濾波和 / 或放大處理，但抖動和噪聲可能惡化或至少維持原狀。

Retimer（重定時器）

內(nèi)部將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)后進(jìn)行重傳輸，可實現(xiàn)信號完全再生，但需要付出延遲的代價。

簡單來說，Redriver 是 “放大” 信號，而 Retimer 是 “再生” 信號。當(dāng)主板的信號長度較長、信號損耗嚴(yán)重時，推薦使用 Retimer。

Retimer 器件的布局?jǐn)[放

Retimer 器件需鄰近擴(kuò)展槽位置擺放，以確保兼容各類擴(kuò)展卡 / 線纜（含無源插卡式擴(kuò)展槽），同時還需綜合考量結(jié)構(gòu)件與布線密度因素。

使用 Retimer 器件的仿真

通過運行 IBIS - AMI 仿真驗證信號完整性（SI），這里有兩點需要關(guān)注：

• Retimer 器件的使用包含兩個鏈路段：源端至 RT 段（源端到重定時器）和 RT 至 EP 段（重定時器到終端設(shè)備）。
• 各鏈路段可評估無源信道或 IBIS - AMI（評估含 RC/RT/EP 的完整信道）進(jìn)行獨立仿真。
  

  

  
  圖 6 Retimer 器件仿真

Retimer 重定時器診斷功能

• 遠(yuǎn)程環(huán)回（Slave Loopback）：支持?jǐn)?shù)據(jù)從源端（RC）環(huán)回到重定時器（RT），或從端點設(shè)備（EP）環(huán)回到 RT。
• 接收端容限（Receiver Margining）：與所有 PCIe 接收器相同，重定時器必須支持通過控制 SKP 有序集（Control SKP Ordered Sets）進(jìn)行接收端容限測試，可在兩個偽端口（BOTH Pseudo Ports）上評估眼圖張開度。
• 協(xié)議狀態(tài)（Protocol Status Reporting）：重定時器能同時感知上行 / 下行偽端口（Pseudo Ports）的物理層協(xié)議事件，可記錄此類信息并根據(jù)需要上報至系統(tǒng)控制器，助力鏈路調(diào)試，還支持在重大事件（如意外進(jìn)入 Recovery 狀態(tài)）時向系統(tǒng)控制器生成中斷。