探索RC2121xA評(píng)估板：PCIe時(shí)鐘生成的理想之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，時(shí)鐘生成對(duì)于PCIe Gen合規(guī)和商業(yè)汽車(chē)應(yīng)用至關(guān)重要。Renesas的RC2121xA評(píng)估板（EVB）為工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái)，用于評(píng)估RC21211、RC21212A、RC21213A和RC21214A設(shè)備在合成器模式下的時(shí)鐘生成功能。今天我們就來(lái)深入了解一下這款評(píng)估板。

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評(píng)估板概述

RC2121xA評(píng)估板專(zhuān)為支持用戶評(píng)估PCIe Gen合規(guī)和商業(yè)汽車(chē)應(yīng)用中的時(shí)鐘生成而設(shè)計(jì)。它具有出色的規(guī)格，如169fs RMS相位抖動(dòng)（10kHz - 20MHz，156.25MHz），PCIe Gen6公共時(shí)鐘（CC）27fs RMS。板載內(nèi)容豐富，包括評(píng)估板本身、晶體或晶體過(guò)驅(qū)動(dòng)（REFIN）的SMA接口、USB電纜等。

主要特性

• 廣泛的輸出支持：支持PCIe SRIS和SRNS，提供1kHz至650MHz（差分）和1kHz至200MHz（單端）的輸出范圍。
• 多種輸出類(lèi)型：具備LVCMOS、LVDS或低功耗HCSL輸出類(lèi)型，通過(guò)簡(jiǎn)單的交流耦合可兼容LVPECL和CML，LP - HCSL還集成了終端。
• 可編程GPIO：擁有七個(gè)可編程通用輸入/輸出（GPIO），可實(shí)現(xiàn)靈活的配置。
• I2C串口和OTP內(nèi)存：配備1MHz I2C串口，多個(gè)配置可存儲(chǔ)在內(nèi)部一次性可編程（OTP）內(nèi)存中。
• 其他特性：晶體過(guò)驅(qū)動(dòng)上有可用的感測(cè)線，輸出上有用于高阻抗探頭的測(cè)試點(diǎn)，還可通過(guò)跳線選擇3.3V/2.5V/1.8V的電壓設(shè)置。

功能描述

操作特性

評(píng)估板能夠在 - 40°C至 + 105°C的溫度范圍內(nèi)正常工作，支持3.3V和1.8V的VDD值。VDD_J香蕉連接可在1.71V至3.63V范圍內(nèi)設(shè)置任何所需電壓。RC2121xA設(shè)備符合ISO9001標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)AEC - Q100認(rèn)證，并支持PPAP。

設(shè)置和配置

不同型號(hào)對(duì)比

RC21211/RC21212為十二對(duì)差分輸出設(shè)備，而RC21213/RC21214為八對(duì)差分輸出設(shè)備。此外，RC21211/RC21213有單晶體/參考輸入，RC21212/RC21214則有兩個(gè)晶體/參考輸入。

晶體/參考輸入

評(píng)估板有兩個(gè)未安裝的晶體焊盤(pán)U1和U2，可使用8MHz至80MHz的不同晶體頻率。XIN0/REFIN0輸入可通過(guò)SMA連接器以單端或差分模式使用外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)XIN引腳，參考輸入的支持頻率范圍在差分模式下為1kHz至650MHz，單端模式下為8kHz至250MHz。

串行連接

通過(guò)USB - C連接器可將評(píng)估板連接到計(jì)算機(jī)，板載的USB - to - MPSSE橋（FTDI FT232HQ）負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信。USB - C的 + 5V可為板載穩(wěn)壓器供電，也可通過(guò)香蕉連接器使用外部 + 5V電源。RC2121xA設(shè)備僅支持I2C通信。

GPI/GPIO DIP開(kāi)關(guān)選擇器

評(píng)估板上有兩個(gè)DIP開(kāi)關(guān)（SW1，SW2）用于支持RC21211/RC21212設(shè)備上的GPIO和GPI引腳。默認(rèn)情況下，開(kāi)關(guān)處于中間位置，可將GPIO0 - GPIO6配置為2級(jí)（高/低）。GPI引腳僅在單晶體輸入變體中可用，若要使用GPI0和GPI1，需禁用XTAL1輸入。

輸出

RC21211/RC21212的十二對(duì)差分輸出對(duì)可編程為L(zhǎng)VDS、LP - HCSL或LVCMOS邏輯類(lèi)型。LP - HCSL輸出最為通用，可自定義幅度、壓擺率和輸出阻抗。LVCMOS輸出類(lèi)型可對(duì)輸出相位、壓擺率等進(jìn)行編程。評(píng)估板默認(rèn)所有輸出為L(zhǎng)P - HCSL輸出類(lèi)型。

電源和USB連接

評(píng)估板通過(guò)USB電纜連接到計(jì)算機(jī)，建議連接到USB 2.0端口。USB提供 + 5V電源給板載穩(wěn)壓器，板載穩(wěn)壓器支持3.3V和1.8V電壓。電壓源可來(lái)自板載穩(wěn)壓器或VDD_J香蕉連接器。使用VDD_J電源插孔時(shí)，仍需USB連接到計(jì)算機(jī)以使用RICBox軟件對(duì)RC2121xA設(shè)備進(jìn)行編程。

Renesas集成電路工具箱（RICBox）

RICBox軟件可使用板載FTDI芯片或Aardvark工具對(duì)評(píng)估板上的RC2121xA設(shè)備進(jìn)行編程，提供了用戶友好的界面來(lái)支持配置編程。

編程步驟

1. 用USB電纜將評(píng)估板上的J64連接到計(jì)算機(jī)。
2. 按照Renesas IC Toolbox用戶指南啟動(dòng)RICBox軟件。
3. 創(chuàng)建新項(xiàng)目。
4. 選擇AutoClock產(chǎn)品系列和產(chǎn)品變體。
5. 在輸入向?qū)ы?yè)面設(shè)置XTAL0/1 REFIN0/1的模式和預(yù)期輸入頻率，以及內(nèi)部 $C_{L}$ 值。
6. 配置輸出銀行設(shè)置，包括分頻器源、輸出頻率和輸出模式。
7. 點(diǎn)擊完成按鈕查看配置摘要。
8. 連接到RC2121xA設(shè)備。
9. 開(kāi)始編程。
10. 可查看框圖了解配置。

評(píng)估板組件

布局指南

ePAD

為了最大限度地散熱，PCB上應(yīng)在封裝的外露金屬焊盤(pán)或散熱片對(duì)應(yīng)的焊盤(pán)圖案內(nèi)設(shè)置焊盤(pán)圖案，設(shè)計(jì)時(shí)要確保焊盤(pán)圖案外邊緣與引腳焊盤(pán)圖案內(nèi)邊緣之間有足夠的間隙，避免短路，并保證有足夠的過(guò)孔用于散熱。建議過(guò)孔直徑為12至13密耳（0.30至0.33 mm），銅過(guò)孔桶鍍1oz。同時(shí)，要注意消除外露散熱片和焊盤(pán)圖案之間的焊料空洞。ePAD可連接到VEE以實(shí)現(xiàn)不同輸入/輸出樣式的分離電源平面。

晶體/參考輸入

晶體應(yīng)盡可能靠近AutoClock設(shè)備放置，XIN/XOUT走線長(zhǎng)度應(yīng)相同。對(duì)于外部調(diào)諧電容，應(yīng)將其從XIN/XOUT連接到ePAD參考電壓。單端參考輸入時(shí)，僅將REFIN走線設(shè)計(jì)為單端50Ω；差分輸入時(shí)，設(shè)計(jì)為差分50Ω。

串行連接

串行通信時(shí)，SCL和SDA上拉電阻需連接到VDDD，若需要可使用電平轉(zhuǎn)換器，上拉電阻取值范圍為1kΩ至10kΩ，建議將串行信號(hào)靠近布線。

GPI/GPIO

要使用GPI，需禁用XTAL1輸入，因?yàn)樗鼈児蚕硐嗤囊_。邏輯電平由VDDD相對(duì)于VEE確定，GPI/GPIO可配置為內(nèi)部上拉/下拉，信號(hào)布線應(yīng)盡量減少回流環(huán)路。

輸出

對(duì)于LVCMOS輸出類(lèi)型，應(yīng)將走線設(shè)計(jì)為單端50Ω，并在AutoClock設(shè)備附近放置一個(gè)33Ω的串聯(lián)電阻；對(duì)于差分輸出類(lèi)型，設(shè)計(jì)為差分50Ω。對(duì)于LPHCSL，若輸出阻抗設(shè)置為85Ω，需在AutoClock設(shè)備附近放置一個(gè)7.5Ω的串聯(lián)電阻。對(duì)于LVDS，若接收器沒(méi)有內(nèi)置終端，需在P和N之間添加100Ω電阻?？筛鶕?jù)需要使用串聯(lián)電容對(duì)輸出進(jìn)行交流耦合。

電源

請(qǐng)遵循推薦的電源濾波原理圖，每個(gè)0.1μF電容應(yīng)盡可能靠近相應(yīng)的RC21212A電源引腳放置。對(duì)于1.8V設(shè)置，應(yīng)選擇能最小化電壓降的穿心電容；對(duì)于3.3V設(shè)置，可使用推薦的鐵氧體磁珠（如AN - 805中所述），其直流電阻應(yīng)小于0.4歐姆。

原理圖和布局

評(píng)估板提供了40引腳VFQFPN和48引腳VFQFPN的原理圖，同時(shí)展示了十層板的布局，包括頂層、信號(hào)層、時(shí)鐘信號(hào)層、接地層和電源層等。

快速啟動(dòng)指南

1. 用USB - C電纜將評(píng)估板連接到計(jì)算機(jī)，此連接將提供電源并建立通信。
2. 若使用外部電源，將評(píng)估板上的電源源選擇器切換到“VDD_J”。
3. 安裝RICBox軟件，具體說(shuō)明可參考Renesas IC Toolbox軟件手冊(cè)。
4. 按照上述配置說(shuō)明對(duì)評(píng)估板進(jìn)行配置。
5. 根據(jù)配置對(duì)評(píng)估板進(jìn)行編程，配置可保存為“.rbs”格式。
6. 使用相位噪聲分析儀（PNA），如E5052或FSWP進(jìn)行測(cè)量。

訂購(gòu)信息和修訂歷史

提供了RC21212 - EVB（12輸出評(píng)估板）和RC21214 - EVB（8輸出評(píng)估板）的訂購(gòu)信息，以及該手冊(cè)的修訂歷史，初始版本于2024年4月25日發(fā)布。

總的來(lái)說(shuō)，Renesas的RC2121xA評(píng)估板為PCIe時(shí)鐘生成評(píng)估提供了全面而強(qiáng)大的解決方案。工程師們?cè)谑褂眠^(guò)程中可以根據(jù)上述詳細(xì)的說(shuō)明進(jìn)行操作和配置，相信能在設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮其性能。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。