【经验】井芯微RapidIO交换芯片NRS1800外围应用电路硬件设计PCB Layout参考

时间： 2023-10-04 来源：井芯微电子公众号

技术问答

RapidIO是世界公认的嵌入式系统互连的最佳选择之一，具有超低延迟、高带宽、高可靠、支持任意网络拓扑架构、QoS、支持多播等特性。井芯微推出的NRS1800是符合RapidIO第二代规范的交换芯片，提供了240Gbps的无阻塞交换能力，最多可支持18个端口和48路通道。本文介绍NRS1800外围应用电路硬件设计PCB Layout参考及检查标准。

Layout参考设计

1、板材

随着交换芯片通信速率提升，使用普通的PCB板材将不能达到高速信号要求，电路板的选材将会决定产品的性能。选择PCB板材需在满足设计需求、可量产性、成本中间取得平衡点。普通的PCB板材，在几个GHz的频率时的介电常数Dk和损耗角正切Df会很大，带来的插损会增加，不适用高速电路，应选Df值小的板材。

常用的高速板材有：

罗杰斯Rogers：RO4003、RO3003、RO4350、RO5880等

台耀TUC:Tuc862、872SLK、883、933等

松下Panasonic：Megtron4、Megtron6等

Isola：FR408HR、IS620、IS680等

Nelco：N4000-13、N4000-13EPSI等

东莞生益、泰州旺灵、泰兴微波等

2、电源

如果NRS1800电压由开关电源芯片提供，需保证开关电源合理布局。应远离时钟、高速Serdes信号等敏感器件摆放，然后靠近NRS1800，降低IR drop。

输入滤波紧靠开关管，确保大电流先滤波再进入开关管。输出滤波紧靠开关管，确保大电流先滤波再进入电源平面。

控制电路的采样电路，采样电阻放在输出滤波与比较电路的中间，布局时保证采样电路靠近芯片管脚。

电源铺铜时合理选择叠层，进而降低电源纹波。

高速电路中，合适的电源滤波是至关重要的。引脚列表给出了基于NRS1800评估板的滤波电容策略。

NRS1800的滤波电容推荐使用X7R的陶瓷电容，大容值电容应选低ESR类型，电容靠近供电引脚背面摆放，减小寄生参数。

根据电源完整性，合理搭配不同容值, 进一步优化电源的阻抗曲线，应避免过大的谐振峰。

表1给出了推荐的电容数量。强烈建议客户最终应根据自己的设计准则做仿真。

图1给出了滤波电容摆放策略。过孔与电容pad的走线要加宽，短距走线。增大过孔直径，减小过孔的寄生参数。

表 1 推荐电容数量

在20MHz范围内，按照目标阻抗的标准，各电源域推荐的去耦电容方案如表1所示。

对于表1列出的电容，10μF的建议选用0805、X7R类型的陶瓷电容，其他容值的建议选用0402、X7R类型的陶瓷电容。

在耐压值允许的范围内，去耦电容应该选择表贴型封装。其他较大容值的电容应该选用低ESR类型，并且靠近电源供应模块放置。

由于电容的去耦效果同印制电路板（PCB）的叠层、材料及放置位置等密切相关，在推荐去耦电容的基础上，可根据实际情况进行添加或者调整。

图1配滤波电容摆放

3、时钟

时钟合成器或时钟晶振的电源应与数字电源应用磁珠和旁路电容器组合进行隔离。

在时钟合成器或时钟晶振的电源域加足够多的滤波电容，以过滤电源噪音。

时钟信号必须按照时钟电平规范来正确端接，减少反射,降低EMI。NRS1800的参考时钟输入推荐AC耦合输入。

如果时钟合成器或时钟晶振输出是LVPECL电平，需要转CML电平。如果LVDS电平，需要转CML电平。如图2所示。

图 2 NRS1800时钟

AC耦合电容推荐0.1μF容值，英制0402封装。
两个下拉电阻R是为了将LVPECL输出电流转为电压，推荐阻值142-200Ω。
当LVPECL的输出摆幅超过CML输入范围，可串联25Ω电阻降压。
电阻布局靠近发送端，耦合电容靠近接收端。
时钟走线减少过孔数量，走线距离要短。
如果时钟线经过过孔到内层，与高速Serdes走线不在同一层。必要时对时钟线进行包地处理。

4、S-RIO

高速Serdes走线应遵循下列规则：

PCB设计中高速SerDes信号传输线应该控制其差分阻抗为100Ω。设计工程师根据PCB厚度和叠层要求，合理设计各个叠层中传输线的线宽和线距，满足差分100Ω或单端50Ω的阻抗线需求，降低回波损耗。
传输走线缩短，减少信号插损。
对于接收端来说，AC耦合电容可以放在顶层，也可以将电容放在底层，通过过孔连接。如图3所示。
AC耦合电容建议使用英制0402或更小尺寸的0.1μF电容器。
差分对内（P/N）走线要严格等长，最大相差5mils。
差分对间（如lane0-lane3）的延时不能超过11ns。
过孔会造成阻抗不连续，减少过孔数量。差分线的过孔不能有stub。
在每个信号过孔的旁边添加地平面过孔，以提供更好的交流返回路径。
保持高速信号走线远离其他信号，避免对高速信号产生耦合噪声。高速信号线与其他信号线距离至少是5倍高速信号线宽。两个邻近的差分对间保持3倍的线宽。
数字信号走线不能横穿高速Serdes发射端和接收端的区域。
为了避免串扰，TX和RX走线需要在不同叠层，相邻叠层走线不能平行，应保持正交。如图4所示。

图3 RX电容布局

图 4 相邻层差分走线

PCB检查标准

1、电源检查标准

应远离时钟、高速Serdes信号等敏感器件摆放
靠近NRS1800，降低IR drop
输入输出滤波紧靠开关管，确保大电流先滤波
电源铺铜时合理选择叠层，进而降低电源纹波
电容靠近供电引脚背面摆放，减小寄生参数
电源的阻抗曲线，避免过大的谐振峰
电源完整性PI仿真
过孔与电容pad的走线要加宽，短距走线。增大过孔直径，减小过孔的寄生参数

2、时钟检查标准

pcb布局时耦合电容靠近NRS1800芯片时钟引脚
电阻布局靠近发送端，耦合电容靠近接收端
时钟走线减少过孔数量，走线距离要短
如果时钟线经过过孔到内层，与高速Serdes走线不在同一层。必要时对时钟线进行包地处理

3、SRIO 检查标准

传输线单端差分阻抗ZO要设计为50Ω。

因此项涉及检查项较多，详细请参考《1800硬件应用手册》。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由ll转载自井芯微电子公众号，原文标题为:NRS1800 外围应用电路硬件设计PCB Layout参考（内含检查标准），本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（0）

暂无评论

【经验】RapidIO交换芯片NRS1800国产化替换及兼容性设计方案介绍

NRS1800芯片是井芯微推出的国内首款基于RapidIO Gen2协议开发、自主可控；与某公司的CPS1848芯片管脚兼容且功能相同，可用于原位替代（Pin to Pin）CPS1848。本文我们就具体差异给出说明，并提供相应的参考设计方案。

设计经验发布时间 : 2023-10-04

【经验】井芯微RapidlO交换芯片NRS1800芯片百问百答——调试篇

为了快速了解和使用1800芯片，井芯微电子通过整理和工程师们现场问题的收集，现推出《NRS1800芯片百问百答》。《NRS1800芯片百问百答》包含了性能篇、工具篇、应用篇、设计篇、调试篇五大分类的100条常见问题解答，涵盖了从产品选型到应用落地的全流程问题覆盖。即可作为您快速了解产品的参考手册，也可作为遇到问题时的现场查询工具使用。本文介绍调试篇常见问题及解答。

设计经验发布时间 : 2023-09-24

【经验】井芯微RapidlO交换芯片NRS1800芯片百问百答——应用篇

设计经验发布时间 : 2023-09-22

【产品】井芯微国内首款基于RapidIO GEN2协议开发、国产自主研发的NRS1800交换芯片解决方案

NRS1800 是符合RapidlO第二代规范的交换芯片，提供了240Gbps的无阻塞交换能力，最多支持18个端口和48路通道。基于NRS1800的RapidlO互连交换方案，适用于板内芯片到芯片互连、板间互连以及机柜间互连等应用。

产品发布时间 : 2023-08-30

【IC】井芯微SDI3210交换芯片，支持端口之间的无阻塞交换，最大交换带宽为320Gbps

SDI3210是一款可软件定义接口协议的交换芯片，每个端口协议类型可以定义为RapidIO协议，FIberiaChanneI（FC）协议，以太网协议，最大支持32个高速通道，支持异构协议的互连互通，支持端口之间的无阻塞交换，最大交换带宽为320Gbps，SDI3210可与以上三种协议的端点设备及交换设备对接。

产品发布时间 : 2024-11-11

井芯微电子技术（天津）有限公司于2020年在天津滨海新区成立，致力于中国新基建核心芯片研制、生产和销售。井芯微秉承“高水平科技自立自强”发展理念，创造性提出软件定义互连、内生安全和类脑计算、数据中心四大战略方向。

交换芯片网卡芯片 PCIe交换芯片 RapidIO 芯片

授权代理商 - 世强先进（深圳）科技股份有限公司线上商城技术资料

展开

RapidlO系统可靠性增强解决方案：NRS1800交换芯片支持客制化事件检测，可选择多种上报方式

井芯微电子交换芯片NRS1800支持用户按应用场景和需求客制化事件检测，可以根据主控系统设计和业务应用综合确定；当检测到事件时，也可选择多种上报方式，包括Port-write、中断和主控定期轮询等借助RapidIO互连技术自身定义的高性能、高可靠传输特性，基于专门的网络管理软件，引入RapidIO的错误检测与业务恢复机制，及时发现错误并进行处理，可以极大提升系统的稳定性和可靠性。

产品发布时间 : 2024-10-25

【产品】井芯微电子PRB0400型PCIe转SRIO桥接芯片，用于满足高可靠低延时计算处理系统内部各组件之间的互连需求

2022年10月，在经过一年半的攻坚克难之后，井芯微电子技术(天津)有限公司继发布240G网络DPU芯片SDI2820后，再度向市场推出国产替代新产品—— PRB0400型PCIe转SRIO (Serial RapidIO) 桥接芯片。

产品发布时间 : 2023-09-05

NRS1800 RapidIO Gen2交换芯片

型号- NRS1800

数据手册 - 井芯微电子 PDF 中文下载

填补国内FC交换芯片空白，井芯微电子授权世强硬创代理全线产品

NFS6400交换芯片产品则是国内首款64个端口的FC交换芯片，可处理多种复杂数据，功耗低、价格低，解决了国内无FC交换芯片可用的问题。

签约新闻发布时间 : 2023-08-26

【IC】NRS1800 RapidIO交换芯片提供240Gbps无阻塞交换能力，最多可支持18个端口和48路通道

RapidIO交换芯片NRS1800是符合Rapidlo第二代规范的交换芯片，提供了240Gbps的无阻塞交换能力，最多可支持18个端口和48路通道。基于NRS1800交换芯片的RapidIo互连交换方案，适用于板内芯片到芯片互连、板间互连以及机柜间互连等应用。

产品发布时间 : 2023-10-25

喜讯！井芯微荣获国家级专精特新“小巨人”企业称号，致力于中国新基建核心芯片研制

2024年9月2日，天津市工业和信息化局发布了《关于天津市第六批专精特新“小巨人”企业和第三批专精特新“小巨人”复核通过企业名单的公示》，井芯微电子技术（天津）有限公司进入公示名单。井芯微深耕细分领域多年，始终将创新视为企业发展的核心驱动力，专注于行业前沿技术的研发与应用，致力于为客户提供高质量的产品与服务，本次荣膺专精特新“小巨人”企业称号充分彰显了井芯微在关键核心技术上的非凡实力。

原厂动态发布时间 : 2024-09-13

2023CIOE中国光博会圆满收官，井芯微电子携光芯片、电芯片、交换芯片等核心产品亮相展会现场

为期3天的CIEO中国国际光电博览会在深圳国际会展中心盛大举办，井芯微电子展示了公司的明星产品TSN交换芯片SE5128、ST2820-2Q100、ST2821-2S025以太网-PCIE网卡，以及产业化产品RapidIO交换芯片NRS1800、桥接芯片PRB0400、软件定义互连交换芯片ST3210、内生安全交换芯片ESW5610等多款国内自主产品。

原厂动态发布时间 : 2023-09-21

井芯微与您相约第24届中国国际光电博览会，将展出多款网卡及交换芯片产品

井芯微电子技术(天津)有限公司于2020年在天津市滨海新区成立，致力于中国新基建核心芯片研制、生产和销售。井芯微秉承“高水平科技自立自强”发展理念，创造性提出软件定义互连、内生安全和类脑计算、数据中心四大战略方向，形成了新型研发机构、孵化平台、创新联盟、商业公司“四位一体”的独特模式，荣获天津市科学技术进步特等奖。

原厂动态发布时间 : 2023-09-05