【经验】井芯微RapidlO交换芯片NRS1800芯片百问百答——设计篇

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。本文介绍设计篇常见问题及解答。

Q1、RapidlO交换芯片NRS1800与CPS1848的差异性有哪些？

井芯微电子：1800芯片是正向开发原位替换CPS1848芯片的，在功能参数性能与CPS1848相同，寄存器方面基本一致，满足条件要求的情况下可以实现替换兼容，当然两者存在以下差异：

• 供电电源：数字电源、模拟电源、Serdes电源18001.2V，18481.0V；

• 上电顺序：1800 3.3v先上，1.2V后上，间隔10ms，CPS1848是VDDS先上，VDDT后上，剩余电源无要求；

• 旁路电阻：1800的REXT_P和N之间串联12.1K电阻，1848两引脚串联9.1K电阻。

• 时钟输入幅度：1800 600-1200mv，1848 400-2400mv；

• 封装高度：1800:陶封（29*29*3.9mm）塑封工业级（29*29*2.68mm）。以上差异性并不影响1800原位替换1848的使用。

Q2、1800与1848存在的差异性，有没有相应的方案可以提供？

井芯微电子：我们会根据具体项目应用提供相应的兼容与替换方案，保证顾客实现1800替代1848。

• 供电电源与上电顺序方面：1800的供电方案中分VDD一路，VDDA、VDDS、VDDT一路；1800与1848兼容供电方案中分VDD、VDDA、VDDS一路，VDDT一路；

• 旁路电阻方面：兼容方案，旁路电阻正负串联一个12.1k电阻，使用1800芯片时无需改动，替换1848时，将12.1K电阻更换为9.1K电阻即可；

• 时钟输入幅度方面：多个1800芯片互连时，可以通过时钟buffer进行转换；单个1800芯片时，1848评估板中使用的时钟芯片可以满足1800芯片的使用；

• 封装方面：管脚兼容，可以实现原位替换，封装高度的差异性在冷板使用时需要注意芯片之间的间隔及散热。

Q3、由于供电电源不同，有没有1800芯片的具体供电方案？

井芯微电子：这个具体要根据实际项目需求制定，1800硬件开发手册中有关于1800芯片的推荐供电方案，能够根据开发手册制定适合自身的供电方案，我们可以进行验证评估；顾客可以将相应需求告知我们，我们帮助制定供电方案。

Q4、1800芯片电压增大导致功耗增大，有没有相应的解决方案？

井芯微电子：1800芯片的典型功耗为13w左右，相较于CPS1848高出了3w左右，这个主要在于供电电源的提高，可以通过关闭不用的Port 来降低功耗。

1800芯片典型功耗是在18个端口配置成8个4X、6个2X、4个1X，速率在6.25G，100%交换负荷下的测试的，根据不同的线宽配置、不同的速率配置、负荷程度、环境温度都会一定程度的影响1800芯片的功耗，所以要根据实际应用需求，尽可能制定合理的方案，保证1800芯片稳定高效的运行。

Q5、1800芯片中要求电源3.3v供电达到50mv的纹波，如果使用满足1848的100mv要求的电源，是否可行？

井芯微电子：如果使用100mv的电源会影响性能，特别是Analog部分，因此不建议客户在使用5G、6.25G两种速率情况下使用100mv纹波的电源。

Q6、使用50mv纹波的电源，经过多年高温环境使用，电源的滤波电容老化，造成纹波上升，是否会造成通道信号质量问题，影响多大？

井芯微电子：会造成影响，但影响多大无法给出明确答复，建议使用军用标准的滤波电容。

Q7、如何实现以太网远程访问 NRS1800 芯片？

井芯微电子：可以通过带有RapidIO的CPU或者桥片实现远程访问NRS1800 芯片。常规远程是为了集中管理 RapidIO 网络。

Q8、两块6678互连时，在5g情况下存在问题，必须需要时钟同源，1800与国产化芯片对接时是否需要时钟同源？

井芯微电子：1800与6678在5g的情况下是需要时钟同源的。

Q9、上电顺序间隔10ms，不做到会不会影响1800芯片？

井芯微电子：有极小可能会，10ms是我们推荐的上电顺序间隔，能确保1800芯片运行稳定，如果客户有上电启动时间的特殊要求，需要缩减该时间可以联系我们详细评估。

Q10、板子使用7片1800芯片是否要保证时钟芯片同源？

井芯微电子：不需要，每个芯片可以使用独立的时钟。

Q11、NRS1800焊接方式与CPS1848相同吗?

井芯微电子：是有区别的，我们会提供1800芯片的焊接曲线给您进行参考。

Q12、NRS1800存在建链、I2C问题，主要表现在哪里？是否我后期需要更多地关注1800底层配置？

井芯微电子：首先I2C部分，1800和1848还是存在区别，部分客户使用1800时候，可能并没有完全按照I2C应用手册规定使用，比如命令多加个stop命令，从而I2C故障问题。建链部分，单板情况下电源时钟不正确，会导致全部不建链，背板情况下SerDes参数设置不对，导致部分不建链的问题。建议按照用户手册和应用手册来设计。

Q13、NRS1800 在PCB Layout设计时需要注意哪些问题？

井芯微电子：NRS1800 芯片支持多达 48 个 6.25Gbaud的高速 SerDes， 在PCB设计时需要遵循高速信号电路的常规设计准则，主要包含PCB 材质选取、电源设计、电源滤波、时钟阻抗匹配和布线、SRIO高速信号布线和仿真等。

Q14、NRS1800 对接测试哪些国产芯片？

井芯微电子：飞腾C6000，华睿DSP，魂芯DSP，复旦微和国微的325T、690T FPGA， PowerPC P2020。

Q15、考虑采用 EEPROM 的设计，是否有国产的 EEPROM 推荐？

井芯微电子：可以采用深圳国微或者中航光电158厂的产品。

Q16、是否有跟 NRS1800 配套的国产电源芯片？

井芯微电子：据调研24s、国微、北京七星华创、58s可配套相应的国产电源。

Q17、国产晶振有无推荐的型号？

井芯微电子：据了解振芯科技有国产晶振。

Q18、NRS1800 复位设计需要注意什么？

井芯微电子：

• 在 RST_N 低有效期间，所有的 S-RIO 端口都处在关闭状态；

• 如果要通过 S-RIO 维护包访问 NRS1800， 需要更多时间完成与链路对象的端建链；

• 软/硬件复位后需要等待 400μs，才可以接收 I2C/JTAG 访问；

• 软/硬件复位后需要等待 0.5~1ms，才可以接收 S-RIO 维护包 。

• 上电过程中要保证复位引脚一直处于拉低状态，所有电源和时钟OK以后至少延时10ms后再释放复位。
  

Q19、是否可以说明下原位替换CSP1848的检查步骤？

井芯微电子：

• 确定 CPS1848 板卡使用的电源芯片是否支持 1.2v； 

• 确定 CPS1848板卡使用的电源芯片1.0电压的电流是否满足NRS1800 要求； 

• 确定时钟芯片、晶振等是否满足 156.25Mhz 和 600-1200mv 的要求； 

• 如果满足以上条件，在更改上电时序（3.3v先上电、1.2v后上电，上电顺序间隔 至少10ms）及旁路电阻（9.1K电阻更换为12.1k电阻）后，可以直接用 NRS1800 替换 CPS1848。

Q20、NRS1800电路原理图设计时应该如何考虑供电电源、时钟电路和芯片配置引脚？

井芯微电子：

1800芯片需要1.2V和3.3V的工作电压，在设计时不但需要注意上电顺序，而且同时还需要把给模拟电路和数字电路供电的电源隔离开。另外我们还提供了一种与国外竞争者兼容的电源参考设计方案。

1800的参考时钟的频率是156.25MHz, 频率精度至少是100ppm，RMS抖动小于1 ps，同时还需要注意接口电路的阻抗匹配。

配置引脚则需要由客户按其应用场景来自行设定。上述三方面的具体参考设计请参考《NRS1800芯片硬件开发应用手册》。

Q21、NRS1800芯片在电路板设计时对PCB材质有没有特殊要求？能否透露下1800 OPT性能测试板使用的是哪种材质？

井芯微电子：随着交换芯片通信速率提升，使用普通的PCB板材将不能满足高速信号要求，而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。目前常用的高速板材有：台耀Tuc（862、872SLK等）、松下Panasonic（Megtron4、Megtron6等）、Isola（FR408HR、IS620、IS680等）、东莞生益、泰州旺灵、泰兴微波等，客户可根据实际情况加以选择。1800 OPT性能测试板使用的材质是TU-872 SLK。