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PEX8796_PCIE_GEN3_24PORT_Switch

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简介

昔日昂贵的PEX8796已经飞入平常百姓家,是时候来一款能连接20个满速NVME的扩展板了

简介:昔日昂贵的PEX8796已经飞入平常百姓家,是时候来一款能连接20个满速NVME的扩展板了
星火计划2023

开源协议

GPL 3.0

创建时间:2023-07-05 12:23:43更新时间:2023-12-06 16:13:27

描述

项目说明

以前昂贵的PEX8796随着PCIE4.0 5.0的普及,已经白菜价,但是对于垃圾佬来说,96条PCIE,最大24端口,还是有很大吸引力的。配合嘉立创6层的盘中孔设计一款廉价的PEX8796方案,无论是多显卡计算,还是多NVME扩展,妈妈在也不用担心电脑PCIE数量不够用了!

开源协议

GPL3.0(商家如果想做,可以直接量产,也不强制你保留原始LOGO和出处!禁止搬运GITHUB,我觉得PCB这个玩意在立创开源中心开源已经很配套直观了,你给我搬运GITHUB只会引来记者!以前我们都去外网找资源,自己翻译!现在我们国内DIY PCB,明显比洋大人更有优势和产业链,洋大人如果对这个感兴趣,为什么他自己不能过来翻译着,洋大人为什么不能去接受习惯嘉立创?为什么我们要搬运到GITHUB给他翻译好?)

 

项目相关功能

PCIE3.0X16连接电脑作为上游,80条PCIE 3.0作为下游,下游80条PCIE通过拨码开关,任意组合X16,X8,X4多种拆分状态!

 

详细评测文章

20x NVMe! KCORES PEX8796 PCIe Switch 超级扩展卡开箱简测 - 哔哩哔哩 (bilibili.com)

 

详细画板的视频(PEX8748和PEX8749设计一样,只不过PEX8748规模更小,设计方式都是一样的)

[用嘉立创EDA在线手搓PLX8748]-1.选型和布局_哔哩哔哩_bilibili

 

 

项目属性

本项目为首次公开,为本人原创项目。项目未曾在别的比赛中获奖。

 

项目进度

PEX8796已经验证OK,正常运行,此卡为PCIEX16 3.0输入,80条PCIE 3.0输出,80条PCIE3.0可以任意组合X16,X8,X4。说到这里,肯定要跳出来各种怪了,

比如: 跑不满怪(当然跑不满,你觉得不够用,你当然是不用啊)

为什么能分这么多怪(和你南桥工作方式一样,你可以理解为这是HUB)

为什么不设计4.0怪(没有资料,芯片也买不起,3.0是因为被市场淘汰了,所以才会便宜,PLX芯片比你想象的贵很多很多很多很多很多,可以买一皮车你太爷爷祖传下来的B660。)

 

此卡开源的目的是为了让需要的人参考设计,不是主要给你白嫖的目的,为什么有一堆作用狗呢?(这个世界你用不到别人用的到的东西多了去了,你用不到你就不用啊,开个源还冷嘲热讽,每天摆弄你个单片机点LED才能让你满意是吧?)

 

设计原理

一.关于供电

PEX8796有2个核心供电,0.9V和1.8V,两个供电都分为数字和模拟(VDD09A和VDD09,VDD18A和VDD18).

考虑到成本,如果数字和模拟供电分开,需要最少8层,这样成本就会增加,所以合并了供电。

因PEX8796 VDD09功耗比较大(详细看图),所以VDD09用了双相同步降压控制器。从PCIE的12V通过双相同步降压到0.9V,这样最高能承受60A,应该是够PEX8796使用了。

1.8V的电流较为小且固定,就从PCIE的3.3V直接降压到1.8V,用了4A的DC-DC降压。

因为0.9V的双相同步PWM降压主控,需要5V的基础供电,所以也增加了一个12V转5V的小DC DC电路,用来给PWM主控供电。

供电增加是时序,上电12V转5V给12V转0.9V同步PWM主控供电,3.3V转1.8V的DC-DC的PG信号拉高,然后开启12V转0.9V同步PWM主控供电,5V和1.8V任意一个不出或者有问题,0.9V是不输出的。

 

这里插个基本知识普及:PCIE供电标准12V 5.5A MAX(66W),3.3V 3A MAX(10W),3.3VAUX 300MA。

 

PCB因为限制了6层,外层需要走高速信号,然后临近的2层需要地平面,所以最里面的2层,一层用来走0.9V边缘走3.3V,另外一层走普通信号线和1.8V,为了成本最低化。

PEX8769 BGA背部的旁路电容,官方推荐的是0201,考虑到以前用0201经常焊翻车,所以这次都强塞了0402,基本塞的满满的了。

 

 

二.关于PCIE参考时钟(REFCLK)

PEX8796并没有内置时钟缓冲器,所以要给所有的下游端口BUFF出参考时钟,并且PEX8796本身也需要输入一对,所以我们设计了10口SFF8654-8I,加上PEX8796,就需要一个1:21或者更多的时钟缓存器,虽然这种器件有很多,但是价格都昂贵,所以这次用了三颗TI的LMK00338(1:8)三颗串联。

基础知识普及:PCIE的时钟就是标准的HSCL 100MHZ差分时钟,你可以用时钟缓冲器,也可以单独的给时钟发生器,也可以用贵的有源差分晶振,不一定需要和HOST同源,时钟支持极性翻转。

 

三.关于PERST#。

PCIE的PERST#是一个3.3V电平信号,是ROOT给设备的电平信号,只有2种状态,高电平和低电平。HOST电源和参考时钟OK后,应该拉高PERST来告诉设备端和OK了(类似电源的PG信号)。

PEX8796的PERST#输入是1.8V电平信号的,你需要用门路电平转换。我这里用了三颗6输出的三态开漏输出门。你也可以用NMOS或者PNP搭建,都一样的。用PNP搭建量产成本可能会省几毛。

前面加了一颗双输入正门,PCIE金手指的PERST和12V降压0.9V的双相同步控制器工作正常,复位才会被拉高。

所以上电时序是1.8V-0.9V-PLX_PERST.

四.关于PEX8796的JTAG,SPI和I2C。

JTAG脚没有作用,请不要和PCIE金手指的JTAG相连。JTAG_TDO必须悬空,JTAG_TRST必须拉低,不然会处于JTAG模式下。

I2C_ADDR是PEX8796的I2C地址位配置叫,上拉下拉和悬空有三个不同地址,你不知道I2C是什么,或者用不到I2C,请直接悬空即可。

PEX的I2C的DAT和CLK都是1.8V电平的,不能直接怒3.3V电平或者5V电平的I2C。需要电平转换才能怒。

在本卡上,I2C没有实际作用,可以不贴这部分,只拉高SCL和SDA即可!

 

PEX8796的SPI支持SPI的EEPROM或者25系列FLASH,但是必须要支持1.8V电平的,不能直接使用3.3V电平的FLASH或者EEPROM。

本卡上FLASH和EEPROM没有作用,因为都是电平配置的,可以不贴此部分元件,只需要拉高CS和DO即可。

 

五.其它配置引脚和信号,原理图里面都有详细说明!

 

六.高速差分阻抗线画板的基本思路

      1.特性阻抗的选择

          不要纠结85OHM还是100OHM,你设计85还是设计100,对信号没有本质性的影响,阻抗不匹配确实是有反射的,但是反射它要看程度的,你连接器,过孔,都会有反射,损耗是不可避免的。用多少阻抗,取决你的PCB层压,你要选择合适的板层的线宽线距,比如JLC7268更合适100OHM。JLC3313更合适85OHM。线宽线距尽量大于5MIL(因为工艺成熟,相对阻抗均匀,你非要贴着工艺极限,线宽线距过大,就会造成浪费PCB面积,你线宽线距过小,就会造成阻抗均匀性更差。)信号从来不是看的你阻抗多少,而是看你整个传输过程中阻抗均匀性,你不均匀性,它就会无数的小反射叠加!

      2.差分焊盘,差分线过孔,金手指的参考平面层的挖空

因为你金手指,焊盘,过孔,也是有特性阻抗的,它就是宽一点的线在叠加连接器的针脚(焊盘还会叠加锡)。众所周知,线变宽了,铜变厚了,阻抗就会变小,就会造成阻抗突变,产生反射,所以金手指,差分焊盘,差分过孔,临近参考层尽量挖空。让它去参考第三层,这样能缓解阻抗变小(实际还是小的,这个没办法避免,只能缓解。)

   3.差分过孔和差分耦合电容的间距

差分过孔和差分耦合电容不要靠那么近,有空间,尽量拉开一点,这个和上面第二点是一样的。是为了尽量缓解阻抗变小。

 

4.关于盘中孔

对于高速差分线,是不建议打盘中孔的,你电源,低速线可以打,如果你差分焊盘打盘中孔,这个和上面2点是一样的。会导致阻抗变的很小。

 

5.关于差分走线

相信有你们已经看过一些文章和视频,关于PCB的结构问题,不合适走横平竖直的高速线,事实是这样的。所以不要长距离走直线,你可以选择走曲线,也可以选择走斜线,也可以走波浪线。

 

 

PCB的特性阻抗的好坏,是你成本决定的,大部分人就是白嫖嘉立创,这点你是没办法把握和控制的,你能控制的就是你的走线,只要走线必然有损耗,损耗第一因素就是长度,而不是你画的差分线具体多少阻抗。均匀性才是关键。PCB工厂生产出来的走线,并不是和你画的一样,是完美的线。它们放大了看是有瘦有胖,有牙有齿,有高有低!

软件说明

基础模式不需要任何固件,卡的EEPROM也不需要贴,拎包入住,拆包即食!

 

实物展示

设计注意事项

此卡为JLC3313层压 6层,差分线阻抗都是85OHM,最低也得6层,4层无法设计。

PEX8796的核心0.9V供电电流非常大,是此卡的主要功耗,推荐0.9V 35A以上峰值设计,此卡一定要安装散热器,散热器一定要是主动的,因为PLX的功耗会跟着芯片的温度直线上升,PEX8796允许的工作温度非常高(没超过125度,他都可以正常运行)此时功耗会比正常功耗高三倍。所以一定要做好散热和供电。

 

其他

演示:

 

群友的三张套娃模式(三张串联):

群友的三张套娃演示

 

配套测试子卡:

SlimSASCEMx8_EVM - 嘉立创EDA开源硬件平台 (oshwhub.com)(JLC3313四层)

配套PCIE挡板:

LSI 服务器 SAS RAID阵列卡PCI-E标准4U半高全高散热挡片2U挡板-淘宝网 (taobao.com)(选择全高)

配套散热器:

联想R5 340 半高显卡刀卡散热器风扇 FS1240-A2042A-淘宝网 (taobao.com)(选择12V,这个风扇有点吵,如果嫌弃吵,可以把红线接到5V电感上去)

设计图

未生成预览图,请在编辑器重新保存一次

BOM

暂无BOM

附件

序号文件名称下载次数
1
PEX_8796-AA_AB_Data_Book_v1_0.pdf
329
2
PCIe_CEM_R5.pdf
302
3
PCI_Express_Base_R6.pdf
460
4
SN74LVC1G08DBVR.PDF
137
5
BSS138PS.PDF
139
6
SM8102ABC.PDF
123
7
SY8047QDC.PDF
122
8
ISL8121IRZ-T.PDF
131
9
csd86350q5d.pdf
133
10
lmk00338.pdf
148
11
SFF-9402_R1.1.pdf
160
12
sn74lvc07a.pdf
112
13
U10A474240T.pdf
110
14
群友三张套娃演示.mp4
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