PCI Express 布线规范

2020年12月28日14:01:46

1. PCI Express互联

每个通道有两对差分信号：传输对TXP/TXN，接收对 RXP/RXN，信号嵌有时钟；
外部带有参考时钟，参考时钟固定100MHZ；
layout关键是最小化互连损耗和抖动

1.1 叠层和参考面

更厚的介质层和更宽的走线将会减少损耗，微带差分线会比带状差分线产生更大的阻抗变化；
信号对应避免参考平面的不连续，譬如分割和空隙

1.2 走线

差分信号的内部耦合和增加与周边的信号间距有助于减少有害串扰的影响和电磁干扰（EMI）的影响;

1.3 长度和长度匹配

PCB 的每英寸走线可能会引进 1皮秒至 5皮秒的抖动预算和 0.35 分贝至 0.50 dB 的损耗(要看PCIE协议版本);
差分对中 2 条走线的长度的差距限制在最多 5 mil，没有传输差分对和接收差分对长度匹配的要求，如图1；
PCI-E 需要在发射端和接收端之间交流耦合，并且耦合电容一般是紧靠发射端

图1. 匹配的正确接法

1.4 弯曲

1.所有弯曲的角度（α）应该≥135°；

2.保持走线间距（A）≥20mil；

3.片断，比如B和C，其侧翼有一个弯曲，其长度应该≥1.5倍的走线宽度，如图2

图2. 弯曲走线示意图

当一段蛇形线用来和另外一段走线来进行长度匹配，如图3 所示，每段长弯折的长度必须至少有 15mil

（3 倍于 5mil 的线宽）。蛇形线弯折部分和差分线的另一条线的最大距离必须小于正常差分线距的 2 倍

图3. 蛇形线匹配

1.5 扇出区域

在扇出区域可以允许有 5mil 和 10mil 的线距。一小段的线，最多 50mil 可以不需要参考平面。还有长度匹配应尽可能接近的信号针脚而没有引入任何的小角度弯曲，如图4

图4. BGA几种扇出示意图

1.6 测试点、过孔和焊盘

信号过孔影响整体的损耗和抖动预算。每一个过孔对可能会增加 0.25 分贝的损失。还有过孔可能会限制最大的走线长度。在 TX 差分对中最多可以使用四个过孔对。而在 RX 差分对中最多只可以使用 2 个过孔对。过孔应该有一个 25 mil 或更小的焊盘，并且其完成内孔径为 14 mil 或更小。两个过孔必须放成在互相对称的位置上，如图5

图5. 焊盘与过孔放置

1.7 线宽与间距

差分对之间的距离和差分对和所有非的 PCI Express 信号的距离是 20 mils 或介质的厚度的 4 倍，选择其中更大的。如果非 PCI Express 信号电压明显高于或者非 PCI Express 信号边缘比 PCI Express 信号边缘快的话，2 者的空间应增加至 30 mil，以避免耦合，如图6

图6. 差分线距离示意图

参考资料

1.抖动与相位噪音

2.抖动

3.microstrip（微带线）、stripline（带状线）的区别

4.直观信号眼图，衰减心中有数