PCIe，PCI-Express的簡稱，是一種高速串行計算機擴展接口標準，具有高速串行雙向傳輸和大帶寬的特點。成為主流的接口傳輸標準之一。在系統(tǒng)設計方面，SSD 技術的加速發(fā)展，除了用作擴展卡或顯示卡的傳統(tǒng) PCIe 插槽外，還鼓勵開發(fā)用于連接 SSD 的 M.2 和 NVMe 連接器。為了避免 CPU 頻帶限制妨礙顯卡和 SSD 發(fā)揮最佳性能，我們開發(fā)了 PCIe 4.0 來接聽電話。

PCIe 3.0 以 8Gb/s 傳輸數(shù)據(jù)，而 PCIe 4.0 是 16Gb/s 的兩倍，但仍然具有向上和向下兼容的便利，也就是說 PCIe 3.0 設備可以插入 PCIe 4.0 插槽，反之亦然. 雙倍的傳輸速率將原來連接所需的通道數(shù)量減少了一半，這為系統(tǒng)設計提供了更大的靈活性，因為現(xiàn)在 CPU 上有更多通道可用于連接更多設備，例如作為 GPU 和 NVMe SSD。這消除了系統(tǒng)設計的瓶頸，GPU或SSD直接連接CPU在很大程度上擺脫了延遲的影響。

本文旨在解釋 PCIe 4.0 解決方案。展望未來，英特爾宣布將Alder Lake-S平臺上的PCIe接口從Rocket Lake上的PCIe 4.0升級到PCIe 5.0。PCIe 4.0仍然是市場上顯卡連接CPU的主要端口，但Alder Lake-S有望為未來的顯卡提供支持x16的PCIe5.0。另一方面，為 NVMe SSD 提供 x4 PCIe 4.0 以吸引桌面玩家并實現(xiàn)更快的計算機啟動。對于 AMD 來說，對 PCIe 5.0 的支持有望在 Zen 4 架構(gòu)上看到。

各大CPU廠商競相升級PCIe接口，提升設備連接性能，滿足消費者對數(shù)據(jù)流的需求。除了消費市場，數(shù)據(jù)中心和超級計算機都需要極端的數(shù)據(jù)傳輸。邊緣計算、人工智能和 5G 網(wǎng)絡的需求是巨大的。數(shù)據(jù)存儲需要大量的服務器，其中使用了大量的 NVMe SSD。NVMe 支持熱插拔，這使數(shù)據(jù)中心工作人員更容易排除硬盤驅(qū)動器錯誤。然而，這種熱插拔場景給系統(tǒng)帶來了 ESD 浪涌的極端威脅。今天的 SSD 通過 PICe 4.0 NVMe 連接器將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)街餍酒?。目前，大部分主要芯片都采用先進的 10nm 工藝或以下工藝制造，而ESD浪涌引起的系統(tǒng)芯片損壞成為系統(tǒng)廠商頭疼的問題。在傳統(tǒng)的主板和臺式機市場，鐵桿玩家經(jīng)常會自行更換 PCIe 接口設備，例如顯卡或網(wǎng)絡擴展卡。有時，ESD浪涌會通過PCIe插槽對內(nèi)部芯片造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。

對于這樣的應用，Amazing Microelectronic 推薦使用帶有 PCIe4.0 Tx.Rx 信號電纜的 5V 0201 解決方案AZ5B75-01B ?？珊雎缘募纳娙荼ＷC了 PCIe 4.0 的傳輸質(zhì)量。另外，最近也出現(xiàn)了PRSNT管腳和PCIe_CLK管腳被退回維修的情況，AZ5B75-01B對于上面這兩個信號也很完美。無與倫比的鉗位電壓為 PCIe 端口的靜電放電提供了有效的整體保護，有助于提高高速傳輸應用的可靠性。

隨著存儲設備的發(fā)展，存儲應用的需求逐漸從SATA 3.0演進到PCIe 4.0 (Gen4x4) U.2 SSD。作為提高存儲速度和效率的最大優(yōu)勢，END 客戶可以替換吞吐量為 7.88 GB/s 的 PCIe 4.0 Gen4x4，以改善 5G 市場的應用需求。服務器存儲設備采用PCIe 4.0 (Gen4x4) U.2企業(yè)級SSD，為服務器提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速度和更快的存儲效率，減少搜索時間。

目前，服務器選擇PCIe 4.0 (Gen4x4) U.2 SSD的價格也高很多。將服務器系統(tǒng)升級到 PCle 4.0 (Gen4x4) U.2 SSD 時，需要進行熱插拔以更換存儲設備。在這種情況下，PCIe 4.0 (Gen4x4) U.2 SSD 理所當然地會受到 ESD/EOS 的影響，這可能導致系統(tǒng)運行異常，甚至導致 SSD 損壞導致存儲在服務器中的數(shù)據(jù)丟失。

SSD中使用的保護元件要求

SSD中使用的TVS二極管等保護元件必須滿足以下所有三個要求：

TVS 二極管的封裝尺寸應慎重考慮(建議安裝尺寸小于 2.0 mm x 2.0 mm 的 TVS 二極管)，以避免存儲設備 PCB 上的保護元件放置問題。

在 PCle 4.0 (Gen4x4) U.2 SSD 的高速信號上配置 TVS 二極管時，需要注意的是，此類保護元件的寄生電容應盡可能低(ESD 保護元件 < 0.2pF 為推薦的)。否則，在進行數(shù)據(jù)傳輸時會降低傳輸速率。

最后也是最重要的一點是將保護元件在 ESD 事件期間提供的鉗位電壓限制在盡可能低的水平，以防止芯片內(nèi)部出現(xiàn)任何損壞的可能性。

滿足以上三個要求是必不可少的，沒有這三個要求，SSD就無法得到徹底的保護。然而，設計滿足所有三個要求的 TVS 二極管是一項艱巨的挑戰(zhàn)。

AZ5B8S-01F系列采用DFN0603的封裝結(jié)構(gòu)。它可能是 ESD/EOS 保護的最佳選擇，適合 PCB 上有限且不足的空間。

最重要的是AZ5B8S-01F具有極低的ESD鉗位電壓，可以有效防止ESD干擾的傳輸。它使連接到 SSD 的電子系統(tǒng)能夠提高通過 IEC 61000-4-2 的標準 A(系統(tǒng)級測試的 ESD 標準)的機會。在使用 TLP(傳輸線脈沖)測量 AZ5B8S-01F 后觀察到 TLP 提供的鉗位電壓(如圖 1 所示)。

在IEC 61000-4-2標準中8kV接觸測試(TLP電流相當于16A)的ESD沖擊下，ESD鉗位電壓僅為5.5V，有效防止數(shù)據(jù)錯誤、系統(tǒng)崩潰，甚至損壞存儲系統(tǒng)在 ESD 測試期間。