高性能混合信号与界面产品应用

NXP恩智浦半导体 大中华区高性能混合信号事业部资深产品行销经理 胡砚岚

在进行高性能混合信号与界面产品的应用介绍之前，NXP恩智浦半导体大中华区高性能混合信号事业部资深产品行销经理胡砚岚女士，介绍NXP前身是荷兰皇家菲利浦半导体事业部，2006年独立出来并在美国上市，在全球超过30个国家皆设有业务执行机构，2010年公司营业额达到44亿美元。

NXP恩智浦半导体以领先的射频、类比、电源管理、界面、安全和数码处理专长，提供高性能混合信号(High Performance Mixed Signal)和标准产品解决方案，提供真实时钟、显示埠(Display Port；DP)、LCD区段驱动IC、高速切换开关？多工器、16bit General Purpose(GPI)中断控制器、汇流排缓冲器、电压位准转换元件(level Translator)等等。以上各种高频零组件，被广泛应用于汽车、智能识别、无线基础设施、照明、工业、移动、消费与电脑运算等领域。

高频硬件设计的挑战 转接驱动器延展高频设计空间

胡经理表示，从2002年以前USB 2.0传输速率仍低于1Gbps，到2002年SATA 2.0的3Gbps与PCIe v1.0的2.5Gbps的出现，将硬件设计频率迈向3Gbps时代；到2008年显示埠DisplayPort(DP 1.1a)的5.4Gbps、PCIe v2.0的5Gbps，以及2010年USB 3.0的5Gbps、DP 1.2的5.4Gbps与SATA 3.0的6Gbps，再度把硬件设计频率调高到6Gbps的一个新阶段。

但2010年11月中旬，才通过规格定案的PCI Express 3.0规范，不仅将时脉？位元传输频率进一步调高到8.125Gbps，并且采用新型态的128/130bit位元编码形式，PCIe 3.0不仅已经逼近FR4玻璃纤维PCB电路板的物理极限(9~10Gbps)，如此高频的串行信号一从主控端发出传送之后，信号波型便快速的衰减，情况比以往PCIe 2.0/1.1还要严重，也因此如何维持如此超高频信号的传输完整度，并注意与PCB板阻抗匹配性，成为新一代高频硬件设计的严苛挑战。

即使以USB 3.0的5Gbps信号传输为例，主控芯片3英寸线距的信号衰减值为1.2dB，以铜线截径0.16mm(0.0063寸)美国线规30(30AWG)的铜导线为例，铜线每一米信号衰减3db，因此实际信号衰减值为4.2dB。另外在接收端电路以时间间隔(Time Domain)来看，越高频伴随的集肤效应(Skin Effect)就越显得明显，导致方波准位信号的失真；若是以频率间隔(Frequency Domain)来看，信号衰减导致波型的振幅程度衰减，以上总总造成高频信号传递品质劣化，从信号眼窗(eye window)可看出端倪。

系统开发者可借助转接驱动器(Re-Driver)IC，将信号重新强化并放大，增加传输距离以及信号品质。像是NXP恩智浦半导体的PTN36241B转接驱动器(Re-Driver) IC，运用5阶段准位可程序化的脚位设计，可程序化接收端(Rx)信号强度0~15dB，可程序化发送端摇摆电压强度从0.4V~1.2V，不仅可以将发送端的输出电压给稳定化，并将高频信号予以强化再转送出去，提供完整信号品质、智能系统节能、专业级高效能与高产能供应链的支持能力。它可用于笔记本电脑、主机板、扩充船坞与周边装置，系统开发者在电路导入Re-Driver，不仅能增加传输距离以及稳定信号品质，并使周边装置互连性得以增强，减少兼容性问题。

高速切换器克服长线路阻抗、避免信号衰减

在标准信号总衰减值-3dB上限之下，更高频的PCIe 3.0的8.125Gbps超高频传输模式，高频信号每前进一英寸，信号衰减值就拉高到0.78~1.56dB，同时因高频差分电路的反射信号，跟主信号形成串音干扰的现象，不仅会影响主信号波型也会造成信号衰减。

高速切换？多工器开关的导入，可以剔除掉因终端线路的阻抗，造成高频反射的信号回溯与主信号形成串音现象，影响主信号波型以及造成信号衰减的情形。NXP提供适用于8.3GHz频率的CBTL04083A，以及7.5GHz频率的CBTL4083B高速多工切换芯片，两者均提供4组差分串行信号通道与2:1的多工切换设计。

CBTL4083A/ CBTL408B采低阻抗设计，3.3寸工作电压、2V偏压之下，芯片电阻仅6欧姆；在4GHz频率下，衰减值降到-1.3dB，可降低串音干扰(近端节点-35dB/线上节点-25dB@4GHz)并且改善信号失真情况。其待机模式下，电流仅1微安培，并具备人体放电2Kv、电荷放电1Kv的静电防护能力。CBTL04083A/CBTL04083B可用于搭配LVDS液晶低电压差分显示界面、PCIe 3.0、SATA 3.0、USB 3.0、DP 1.2显示埠等扩充？分接线路设计。

另外NXP的CBTL2043A/B高速多工切换器，是全球第1个CMOS制程的高速多工切换器，适应时脉频率高达10GHz以上(<-3dB@10GHz)。CBTL2043A/B提供2组差分串行信号通道与2:1的多工切换设计，在4GHz频率下，信号衰减值仅到-1.2dB，可降低串音干扰(近端节点-28dB/线上节点-23dB@4GHz)并且改善信号失真，同样可用于PCIe 3.0、SATA 3.0、USB 3.0、DP 1.2显示埠等扩充？分接线路设计。