ICS31.200

CCSL56

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CESAXXXX—202X

小芯片接口總線技術(shù)要求

Technicalrequirementforchip-letinterfacebus

征求意見稿

在提交反饋意見時，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

已授權(quán)的專利證明材料為專利證書復(fù)印件或扉頁，已公開但尚未授權(quán)的專利申請

證明材料為專利公開通知書復(fù)印件或扉頁，未公開的專利申請的證明材料為專利申請

號和申請日期。

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實(shí)施

中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會發(fā)布

T/CESAXXXX—XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定

起草。

本文件由中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院提出。

本文件由中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院及中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會歸口。

本文件起草單位：。

本文件主要起草人：。

III

T/CESAXXXX—XXXX

半導(dǎo)體集成電路光互連接口技術(shù)要求

1范圍

本文件規(guī)定了基于典型數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用場景的光互連接口技術(shù)要求，包括光模塊規(guī)格定義（含驅(qū)動電

路）、客戶端串行電路規(guī)格、協(xié)同封裝連線規(guī)格、光纖耦合以及光連接器等技術(shù)要求。

本文件適用于共封裝交換機(jī)收發(fā)器等光互連應(yīng)用場景的設(shè)計(jì)、制造、測試。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

IEEE802.3bsMediaAccessControlParametersPhysicalLayers,andManagementParameters

for200Gb/sand400Gb/s.200Gb/s和400Gb/s操作的媒體訪問控制參數(shù)、物理層和管理參數(shù)

IEEE802.3cuPhysicalLayers,andManagementParametersfor100Gb/sand400Gb/s

OperationoverSingle-ModeFiberat100Gb/sperWavelength.100Gb/s單模光纖上操作的物理

層和管理參數(shù)

3術(shù)語和定義

本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。

4符號和縮略語

下列縮略語適用于本文件。

CPO：共封裝光學(xué)（Co-PackagedOptics）

200GE：200千兆以太網(wǎng)（200GEthernet）

400GE：400千兆以太網(wǎng)（400GEthernet）

400GBASE-FR4：400GE光標(biāo)準(zhǔn)（400GBASEFarRangewith4channels）

BER：誤碼率（BitErrorRatio）

ER：消光比（ExtinctionRatio）

SMSR：邊模抑制比（Side-ModeSuppressionRatio）

OMA：光調(diào)制幅度（OpticalModulationAmplitude）

TDECQ：發(fā)射器和色散眼圖閉合四元（TransmitterandDispersionEyeClosureforPAM4）

SECQ：應(yīng)力眼圖閉合四元（StressedEyeClosureforPAM4）

SiPh：硅光子學(xué)（SiliconPhotonics）

TIA：跨阻放大器（TransImpedanceAmplifier）

MUX：復(fù)用器（Multiplexer）

DEMUX：解復(fù)用器（De-Multiplexer）

NRZ：不歸零（NonReturnZero）

PAM：脈沖幅度調(diào)制（PulseAmplitudeModulation）

DSP：數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor）

CEI-112G-XSR：通用電氣接口規(guī)范（CommonElectricalI/O-112G-ExtremeShortReach）

CMIS：通用管理接口規(guī)范（CommonManagemetInterfaceSpecification）

SPI：串行外設(shè)接口（SerialPeripheralInterface）

1

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LD：激光二極管用作共同封裝光模塊的連續(xù)波源（LaserDiode）

ELS：外部激光源（ExternalLaserSource）

PMF：保偏光纖（PolarizationMaintainingOpticalFiber）

5系統(tǒng)架構(gòu)

概述

本文件適用于數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)場景性能測試，定義了1.6Tb/s(2x800G基本架構(gòu)單元)共封裝

收發(fā)器的技術(shù)規(guī)范其中以800G芯片組為基本架構(gòu)單元，該收發(fā)器器件將作為構(gòu)建模塊，為25.6Tb/s

交換機(jī)提供高集成低功耗解決方案，其中16個共封裝模塊靠近交換機(jī)ASIC。本文件中定義了共封裝

收發(fā)器的兩種變體，一種支持使用800G-DR8基本架構(gòu)單元，另一種支持800G-2xFR4基本架構(gòu)單元。

共封裝交換機(jī)

1.6Tb/s共封裝收發(fā)器是25.6Tb/s交換機(jī)組件的構(gòu)建塊。整個系統(tǒng)的框架如下。收發(fā)器模塊

通過光連接向交換機(jī)芯片提供光I/O并轉(zhuǎn)換為短距離電接口。

收發(fā)器模塊的詳細(xì)信息如下。該模塊包括數(shù)字信號處理器(DSP)、調(diào)制器驅(qū)動器和TIA芯片、基

于硅光子學(xué)(SiPh)的光發(fā)射器和接收器。對于800G-2xFR4變體，該模塊包括光復(fù)用器(MUX)和解

復(fù)用器(DEMUX)，并支持長達(dá)2公里的雙工單模光纖。對于800G-DR8變體，支持長達(dá)1公里的雙

工單模光纖。

收發(fā)器模塊將支持使用外部激光源(ExternalLightSource)來提供高光功率光源以確保激光器

的可靠性。

在1.6Tb/s模式下，收發(fā)器的線路側(cè)發(fā)送和接收2×800G-2xFR4或2×800GBASE-DR8。面向交

換芯片的收發(fā)器電接口發(fā)送和接收16×106GPAM4電信號，符合CEI-112G-XSR規(guī)范的die-to-die

(D2D)和die-to-OE(D2OE)電I/O接口，可用于支持N×112GI/O鏈路，顯著降低功耗、復(fù)雜性

并提高吞吐量密度。

收發(fā)器規(guī)劃支持未來3.2Tb/s模式，收發(fā)器的線路側(cè)發(fā)送和接收2×1.6T-2xFR4或2×1.6T-DR8。

面向交換芯片的收發(fā)器電接口發(fā)送和接收16×212GPAM4電信號，符合CEI-112G-XSR規(guī)范的die-to-die

(D2D)和die-to-OE(D2OE)電I/O接口，可用于支持N×224GI/O鏈路，顯著降低功耗、復(fù)雜性并提高吞

吐量密度。

收發(fā)器子組件將安裝在共封裝基板上，該基板通過XSR接口提供高速數(shù)據(jù)路徑，并提供一組有限的

電源和控制信號。共封裝交換機(jī)收發(fā)器的橫截面如下所示。收發(fā)器橫截面用于說明目的設(shè)計(jì)可能有所不

同。

收發(fā)器應(yīng)有足夠的余量以在規(guī)定條件下和整個壽命期間在交換機(jī)ASICFECBER閾值下運(yùn)行。該架

構(gòu)預(yù)計(jì)電信號會在鏈路兩端重新定時，F(xiàn)EC適用于遵循IEEE802.3AUI定義的交換機(jī)芯片主機(jī)。

共封裝系統(tǒng)并列光及波分復(fù)用光互連應(yīng)用場景

共封裝系統(tǒng)并列光及波分復(fù)用光互連應(yīng)用場景包括兩種，見圖1和圖2。

2

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圖1共封裝并列光互連應(yīng)用

圖2共封裝波分復(fù)用光互連應(yīng)用

6通用操作條件

描述共封裝收發(fā)器基本操作條件，激光器使用規(guī)格，工作環(huán)境及供電源規(guī)格的要求，見表1和表2。

表1共封裝交換機(jī)收發(fā)器應(yīng)用場景

參數(shù)符號最小典型最大單位備注

信號速率，每通道，400G模式53.125GBaud+/-100ppm

調(diào)制格式PAM4

電源范圍-5%5%V>1.2V

-3%3%V≤1.2V

模塊電源噪聲容限PSNR2%10Hz-10MHz

3

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參數(shù)符號最小典型最大單位備注

峰到峰

工作外殼溫度，外部激光Tcase_ext1585°Ca

功耗，外部激光源P48WTc=Max,EndofLife

相對濕度RH585%b

預(yù)期組件壽命T_lifetime3Years

aTcase在散熱器（蓋）頂面的中心測量。模塊應(yīng)支持在40℃環(huán)境溫度下環(huán)回運(yùn)行12小時。負(fù)責(zé)系統(tǒng)級散熱解決

方案的系統(tǒng)集成商。

b非冷凝。收發(fā)器還應(yīng)支持高達(dá)85%的RH，在組件的使用壽命內(nèi)長達(dá)500小時。

表2電源規(guī)格要求

供電軌道標(biāo)稱電壓直流容差最大值

DVDD10.9+/-3%30

DVDD20.75+/-3%40

VCC_3p33.3+/-5%5

VCC_1p81.8+/-5%8

VCC_1p21.2+/-3%2

VCC_SiPh12+/-5%0.5

7共封裝交換機(jī)收發(fā)器應(yīng)用場景

共封裝交換機(jī)收發(fā)器模塊說明

共封裝交換機(jī)組件由高密度有機(jī)基板，交換芯片和圍繞周邊排列的光學(xué)模塊組成，帶有16個共封裝

收發(fā)器模塊的共封裝交換機(jī)組件的完整組裝的概念機(jī)械布局示意見圖3。

圖3共封裝概念機(jī)械布局示意圖

共封裝收發(fā)器光學(xué)特性

表3400GBASE-DR4發(fā)送端光學(xué)特性

描述數(shù)值單位

每通道信號波特率53.125±100ppmGBd

4

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描述數(shù)值單位

調(diào)制格式PAM4—

通道波長1304.5to1317.5nm

邊模抑制比（最小值）30dB

每通道平均發(fā)送功率（最大值）4dBm

每通道平均發(fā)送功率（最小值）-2.9dBm

每通道發(fā)送外眼光調(diào)制幅度（最大值）4.2dBm

每通道發(fā)送外眼光調(diào)制幅度（最小值）-0.8dBm

在OMAouter減去TDESQ時每通道發(fā)送光功率（最小值）-2.2dBm

每通道發(fā)送色散眼閉合度（最大值）3.4dB

每通道TDECQ–10*log10(Ceq)（最大值）3.4dB

每通道關(guān)斷平均發(fā)送光功率（最大值）-15dBm

消光比（最小值）3.5dB

發(fā)射轉(zhuǎn)變時間（最大值）17ps

RIN21.4OMA(最大值)-136dB/Hz

光回波損耗容限（最大值）21.4dB

發(fā)射光反射（最大值）-26dB

注1：每通道平均發(fā)送光功率的最小值為參考值，不是信號強(qiáng)度的主要指標(biāo)，發(fā)送光功率低于該值不滿足要求，但

是高于該值也不確保滿足要求。

注2：即使TDECQ<1.4dB，OMAouter應(yīng)超過此值

表4400GBASE-DR4接收端光學(xué)特性

描述數(shù)值單位

每通道信號波特率53.125±100ppmGBd

調(diào)制格式PAM4—

通道波長1304.5to1317.5nm

每通道光功率損傷閾值5dBm

每通道平均接收光功率（最大值）4dBm

每通道平均接收光功率（最小值）-5.9dBm

每通道OMA接收光功率（最大值）4.2dB

接收光反射（最大值）-26dB

每通道OMAouter接收靈敏度（最大值）SOMAdBm

每通道OMAouter加壓接收靈敏度（最大值）-1.9dBm

注1：持續(xù)暴露在該光功率水平下，接收部分應(yīng)沒有損傷。接收機(jī)不必正確工作在此輸入功率下。

注2：每通道平均接收光功率的最小值為參考值，不是信號強(qiáng)度的主要指標(biāo)，發(fā)送光功率低于該值不滿足要求，但

是高于該值也不確保滿足要求。

注3：每通道OMAouter接收靈敏度的最大值為參考值，SOMA取-3.9和（SECQ-5.3）中的較大值，SECQ范圍0~3.4dB。

注4：BER為2.4×10-4條件下測試，SECQ=3.4dB，非待測通道OMAouter=4.2dBm。

表5400GBASE-FR4發(fā)送端光學(xué)特性

描述數(shù)值單位

每通道信號波特率53.125±100ppmGBd

調(diào)制格式PAM4—

通道波長1264.5to1277.5nm

1284.5to1297.5nm

1304.5to1317.5nm

1324.5to1337.5nm

邊模抑制比（最小值）30dB

總平均發(fā)送光功率（最大值）9.3dBm

每通道平均發(fā)送功率（最大值）3.5dBm

每通道平均發(fā)送功率（最小值）-3.3dBm

每通道發(fā)送外眼光調(diào)制幅度（最大值）3.7dBm

每通道發(fā)送外眼光調(diào)制幅度（最小值）-0.3dBm

5

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描述數(shù)值單位

任意兩通道之間OMAouter差值（最大值）4dB

在OMAouter減去TDESQ時，每通道發(fā)送光功率（最小值）消光比≥4.5-1.7dBm

dB消光比<4.5dB-1.6

每通道發(fā)送色散眼閉合度（最大值）3.4dB

每通道TDECQ–10*log10(Ceq)（最大值）3.4dB

每通道關(guān)斷平均發(fā)送光功率（最大值）-20dBm

消光比（最小值）3.5dB

發(fā)射轉(zhuǎn)變時間（最大值）17ps

RIN17.1OMA(最大值)-136dB/Hz

光回波損耗容限（最大值）17.1dB

發(fā)射光反射（最大值）-26dB

注1：每通道平均發(fā)送光功率的最小值為參考值，不是信號強(qiáng)度的主要指標(biāo)，發(fā)送光功率低于該值不滿足要求，但

是高于該值也不確保滿足要求。

注2：即使消光比≥4.5dB時TDECQ<1.4dB，或消光比<4.5dB時TDECQ<1.3dB，OMAouter應(yīng)超過此值。

注3：Ceq為參考均衡器噪聲增強(qiáng)系數(shù)，符合IEEE802.3-2018第121.8.5.3節(jié)要求。

表6400GBASE-FR4接收端光學(xué)特性

描述數(shù)值單位

每通道信號波特率53.125±100ppmGBd

調(diào)制格式PAM4—

1264.5to1277.5nm

1284.5to1297.5nm

通道波長

1304.5to1317.5nm

1324.5to1337.5nm

每通道光功率損傷閾值4.5dBm

每通道平均接收光功率（最大值）3.5dBm

每通道平均接收光功率（最小值）-7.3dBm

每通道OMA接收光功率（最大值）3.7dBm

任意兩通道之間OMAouter接收光功率差值（最大值）4.1dB

接收光反射（最大值）-26dB

每通道OMAouter接收靈敏度（最大值）SOMAdBm

注1：持續(xù)暴露在該光功率水平下，接收部分應(yīng)沒有損傷。接收機(jī)不必正確工作在此輸入功率下。

注2：每通道平均接收光功率的最小值為參考值，不是信號強(qiáng)度的主要指標(biāo)，發(fā)送光功率低于該值不滿足要求，但

是高于該值也不確保滿足要求。

注3：每通道OMAouter接收靈敏度的最大值為參考值，SOMA取-4.6和（SECQ-6.0）中的較大值，SECQ范圍0~3.4dB。

注4：BER為2.4×10-4條件下測試，SECQ=3.4dB，非待測通道OMAouter=4.2dBm。

7.2.1外置光源特性

ELS模塊將由一個提供連續(xù)光源的高功率激光器陣列組成，以支持具有不同光學(xué)規(guī)格的CPO模塊。第

一代CPO模塊將采用最常見單波100Gb/s的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE400GBASE-DR4（IEEE802.3bs，第124條）

和400GBASE-FR4（IEEE802.3cu）中所述。來自激光器的功率可以被分配到光模塊內(nèi)的多個光通道。對

于1.6Tb/s光模塊的CPO組件，若CPO組件采用2個2×400GBASE-FR4光模塊，每個外置光源模塊可以支持

16個100Gb/s通道，見圖4，則每個外置光源模塊需要4個激光器和4根光纖，每個激光器擁有不同波長，

每個激光器可以支持4個100Gb/s通道。若使用8×100GDR8光模塊配置的1.6Tb/s光模塊，則每個外置光

源模塊仍需要4個激光器和4根光纖，但每個激光器擁有相同波長。

6

T/CESAXXXX—XXXX

圖42×400GFR4以及8×100GDR8

對于使用外置光源的CPO設(shè)計(jì)，光需要耦合到保偏光纖中，而保偏光纖又耦合到CPO。應(yīng)仔細(xì)注意損

耗預(yù)算和容差，以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)妮敵龉β省９庠磳⑻峁┮粋€小的控制范圍，作為調(diào)整調(diào)制輸出功率的一種

手段，允許從最大功率水平衰減。光學(xué)模塊通過數(shù)字信號指示接收到的外部光的存在并實(shí)現(xiàn)人眼安全聯(lián)

鎖。當(dāng)光模塊在所有通道上檢測到光時，人眼安全聯(lián)鎖控制被啟動，而ELS具有在光模塊斷開時禁用光

的開關(guān)，ELS模塊負(fù)責(zé)使用上電排序。

表7外置光源特性

參數(shù)符號最小典型最大單位注釋

FR-WL11265.2512711276.75nm

FR-WL21285.2512911296.75nm

FR中心波長

FR-WL31305.2513111316.75nm

FR-WL41325.2513311336.75nm

DR中心波長DR-WL1304.513111317.5nm

光功率PELS1822dBma

光功率控制范圍ΔPELSdB

激光RINRINcdB/Hzb

激光SMSRSMSRdB

偏振消光比rexdB

輸出反射率Rx_RefdB

光回?fù)p容限dB

a入纖光功率，功率控制設(shè)置為最大功率，PELS可以是最小值和最大值之間的任何值。

b具有-17.1dB反射。

7.2.2外置光源光連接器

部分CPO設(shè)計(jì)將依靠外部激光源(ELS)為光學(xué)模塊提供CW光源。ELS的封裝形式類似于QSFP-

DDMSA，主要特征為光口、電口同側(cè)，電口為金手指，光口為12芯MT，具備普通光模塊的可拔插能力。

光口MT為保偏光纖，研磨端面為APC。與ELS適配的插座集成了光口、電口，光口具備防塵結(jié)構(gòu)。

ESL包括ELS-DR、ELS-FR兩類，分別滿足DR類型、FR類型的共封裝收發(fā)模塊。ELS-DR共提供8路大功

率CW光源，ELS-FR共提供4路大功率CW光源及4路備份輸出。ELS通過保偏光纖(PMF)連接到共封裝收發(fā)

模塊。

7.2.2.1ELS模塊的機(jī)械尺寸

ELS-DR、ELS-FR具有相同的外形尺寸。電口金手指結(jié)構(gòu)與QSFP+MSA的插座兼容，光口在電口的上

方，見圖5及表8。

7

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圖5機(jī)械尺寸結(jié)構(gòu)圖

表8機(jī)械尺寸圖

尺寸（mm）符號尺寸（mm）注釋

A12.5E2.75

B16.4F78.09

C16.55G51.82

D18.35TBD26.27

7.2.2.2模塊光口定義

光口采用12芯MT插芯，正視圖從左到右CH1-CH12，通道定義見表格。光纖為熊貓眼保偏光纖，熊貓

眼方向見下圖。光口端面為APC，角度方向見圖6及表9。

圖6模塊光口物理結(jié)構(gòu)

表9模塊光口通道定義

通道ELS-DRELS-FR

CH1LD1，1311nmLD2，1271nm

CH2LD2，1311nmLD2，1291nm

CH3LD3，1311nmLD3，1311nm

CH4LD4，1311nmLD4，1331nm

CH5NCNC

8

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通道ELS-DRELS-FR

CH6NCNC

CH7NCNC

CH8NCNC

CH9LD5，1311nmLD5，1271nm（可擴(kuò)展）

CH10LD6，1311nmLD6，1291nm（可擴(kuò)展）

CH11LD7，1311nmLD7，1311nm（可擴(kuò)展）

CH12LD8，1311nmLD8，1331nm（可擴(kuò)展）

7.2.2.3模塊金手指定義

ELS電口金手指定義與QSFP+MSA的插座兼容，保留MSA協(xié)議中電源及SDA、SCL、ModPrsL引腳。見圖

7、圖8，信號定義見表10。

圖7模塊金手指結(jié)構(gòu)示意圖

圖8模塊金手指信號定義

表10模塊金手指信號定義

引腳符號描述引腳符號描述

1GND地20GND地

2NC置空21NC置空

3NC置空22NC置空

4GND地23GND地

5NC置空24NC置空

6NC置空25NC置空

7GND地26GND地

8NC置空27ModPrsL當(dāng)前模塊

9NC置空28Vcc2+3.3V電源

10Vcc2+3.3V電源29Vcc1+3.3V電源

9

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引腳符號描述引腳符號描述

11SCL雙線串行接口時鐘30Vcc1+3.3V電源

12SDA雙線串行接口數(shù)據(jù)31NC置空

13GND地32GND地

14NC置空33NC置空

15NC置空34NC置空

16GND地35GND地

17NC置空36NC置空

18NC置空37NC置空

19GND地38GND地

7.2.3共封裝收發(fā)器光連接器

尾纖版本將具有用于Tx和Rx的單模光纖端接在高密度光連接器中。

4×400GBASE-DR4模塊有16根光纖用于Tx，16根光纖用于Rx功能。4個模塊各1×8并行

光纖陣列，每個光纖陣列端接在1×8MPO連接器中。如果愿意，可以用一個2x16MPO連接器或兩個

1x16MPO連接器代替這種布置。MPO連接器將連接到交換機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的隔板適配器。

4×400GBASE-FR4模塊有4根光纖用于Tx，4根光纖用于Rx功能。這里有兩個1×4并行光

纖陣列從模塊引出，每個都端接在一個1×4MPO連接器中。如果愿意，可以用單個1x12MPO連接器

代替這種布置。MPO連接器將連接到交換機(jī)內(nèi)的隔板適配器。

7.2.4共封裝收發(fā)器電學(xué)特性

7.2.4.1電連接器規(guī)格

電氣I/O通過LGA引腳從組裝基板連接到光子基板有次毫米間距。建議的電氣引腳排列如圖9所

示，引腳分配見圖9。

圖9電氣引腳定義圖

表11電連接器信號定義

信號組LGA網(wǎng)類型數(shù)量描述

RX_A[1:4][PN]輸入8來自主機(jī)A—通道1到4的接收數(shù)據(jù)的差分對

電氣數(shù)據(jù)輸入RX_B[1:4][PN]輸入8來自主機(jī)B—通道1到4的接收數(shù)據(jù)的差分對

RX_C[1:4][PN]輸入8來自主機(jī)C—通道1到4的接收數(shù)據(jù)的差分對

RX_D[1:4][PN]輸入8來自主機(jī)D—通道1到4的接收數(shù)據(jù)的差分對

TX_A[1:4][PN]輸出8來自主機(jī)A—通道1到4的發(fā)送數(shù)據(jù)的差分對

電氣數(shù)據(jù)輸出TX_B[1:4][PN]輸出8來自主機(jī)B—通道1到4的發(fā)送數(shù)據(jù)的差分對

TX_C[1:4][PN]輸出8來自主機(jī)C—通道1到4的發(fā)送數(shù)據(jù)的差分對

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T/CESAXXXX—XXXX

信號組LGA網(wǎng)類型數(shù)量描述

TX_D[1:4][PN]輸出8來自主機(jī)D—通道1到4的發(fā)送數(shù)據(jù)的差分對

P_0v9_1PWR180.9V

P_0v75_1PWR180.75V

P_0v9_2PWR180.9V

P_0v75_2PWR180.75V