基于PEX8111的CompactPCI Express 混合桥接板设计

2．5 电源设计

PEX8111芯片需要用到3种电源。其中PCI总线信号为5 V，I／O供电电压为3．3 V，串行收发器的电源电压为1．5 V，所以本模块需要提供5 V，3．3 V和1．5 V三种电压源。

5 V．3．3 V电压由系统提供，1．5 V由3．3 V电压转换获得，选取国家半导体公司的LP2992作为3．3～1．5 V电压转换模块。该模块具有90％以上的转换效率、简单的外围电路、更小的封装、2．5％以下的纹波电压等特点。

2．6 复位设计

复位输入有三个，来自PCIe端的复位，来自PEX8111复位输出，手动复位信号，保证在主机侧出现冷复位和要求本板单独复位的情况下，可以将复位信号向下传递，如图3所示。

3 高速电路设计

基于CPCIe总线的电路属于高速电路，在电路设计之初就采用仿真工具进行验证，并根据仿真结果不断调整自己的设计。

对所设计的电路进行仿真是该设计的关键点。PEX8111芯片信号的种类和数目都比较少，在芯片外围没有复杂的逻辑设计，在电路设计上对时钟和电源的要求也比较简单，但是对传输在PCB上高速差分信号的质量有很高的要求，这个要求也是当前所有高速设计面临的共性问题。由于高速PCB设计需要考虑的因素很多，比如介质、平面分割、信号的等长等，传统的设计准则已经不再准确，所以需要依靠仿真工具来提供设计依据。在该设计中采用的仿真工具是Mentor公司Hyperlynx GHz，Hspice仿真模型，由器件的生产厂家提供。

仿真的过程主要包括前仿真和后仿真，以下叙述两种仿真的具体内容。

3．1 阻抗控制

PCI Express规范要求走线阻抗为100 Ω，差分阻抗、单端阻抗为50 Ω。阻抗主要由线宽、线间距、铜皮厚度、介质层厚度、介质材料等决定。特征阻抗的计算界面如图4所示，经计算特征阻抗为94．5 Ω，满足要求。

PCI信号的特征阻抗为75 Ω，为了同时满足PCIe和PCI的阻抗要求，可以采用两种手段，首先可以将两种信号线的宽度设置为不同宽度；其次是将两种信号放置在不同信号平面上。两种方法各有优劣，前者由于制作工艺限制线宽有下限，所以需要将PCIe信号线宽设置得比较宽，不利于走线。后者需要增加信号层，直接增加成本。采取什么方法需要综合考虑。

3．2 后仿真的实现

后仿真主要是在PCB绘制完成后，在前仿真的基础上将PCB相关的数据导入后再进行的仿真。由于PCI部分的信号电路设计已经非常成熟，有大量的经验法则可以借用，并且信号的速度比较慢，因此不对这部分信号进行仿真，只对PCIe差分信号对进行仿真。图5给出导入PCB参数后，接收端眼图的仿真结果。可见，所有时间点上的信号电压均在接收器可以识别的范围之内。

4 结 语

随着技术的发展。基于CPCIe总线接口的模块会被越来越多的使用，但是从成本考虑，CPCI接口的模块不会被立即完全的替换，CPCIe模块和CPCI模块在机箱中共存的情况将长期存在，混合桥接模块是将两者联系起来的纽带，它将作为一个重要的插件模块在工业控制计算机系统中广泛应用。

作者：史云辉，王学宝，李 宇 来源：现代电子技术