PCIE-PCB設(shè)計(jì)規(guī)范（建議收藏）

PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一種高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)，它原來(lái)的名稱為“3GIO”，是由英特爾在 2001 年提出的，旨在替代舊的 PCI，PCI-X 和 AGP 總線標(biāo)準(zhǔn)。

PCIe 屬于高速串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙通道高帶寬傳輸，所連接的設(shè)備分配獨(dú)享通道帶寬，不共享總線帶寬，主要支持主動(dòng)電源管理，錯(cuò)誤報(bào)告，端對(duì)端的可靠性傳輸，熱插拔以及服務(wù)質(zhì)量(QOS)等功能

下面是關(guān)于 PCIE PCB 設(shè)計(jì)的規(guī)范：

1、從金手指邊緣到 PCIE 芯片管腳的走線長(zhǎng)度應(yīng)限制在 4 英寸（約 100MM）以內(nèi)。

2、PCIE 的 PERP/N，PETP/N，PECKP/N 是三個(gè)差分對(duì)線，注意保護(hù)（差分對(duì)之間的距離、差分對(duì)和所有非 PCIE 信號(hào)的距離是 20MIL，以減少有害串?dāng)_的影響和電磁干擾（EMI）的影響。芯片及 PCIE 信號(hào)線反面避免高頻信號(hào)線，最好全 GND）。

3、差分對(duì)中 2 條走線的長(zhǎng)度差最多 5MIL。2 條走線的每一部分都要求長(zhǎng)度匹配。差分線的線寬 7MIL，差分對(duì)中 2 條走線的間距是 7MIL。
4、當(dāng) PCIE 信號(hào)對(duì)走線換層時(shí)，應(yīng)在靠近信號(hào)對(duì)過(guò)孔處放置地信號(hào)過(guò)孔，每對(duì)信號(hào)建議置 1 到 3 個(gè)地信號(hào)過(guò)孔。PCIE 差分對(duì)采用 25/14 的過(guò)孔，并且兩個(gè)過(guò)孔必須放置的相互對(duì)稱。

5、PCIE 需要在發(fā)射端和接收端之間交流耦合，差分對(duì)的兩個(gè)交流耦合電容必須有相同的封裝尺寸，位置要對(duì)稱且要擺放在靠近金手指這邊，電容值推薦為 0.1uF，不允許使用直插封裝。

6、SCL 等信號(hào)線不能穿越 PCIE 主芯片。

合理的走線設(shè)計(jì)可以信號(hào)的兼容性，減小信號(hào)的反射和電磁損耗。PCI-E 總線的信號(hào)線采用高速串行差分通信信號(hào)，因此，注重高速差分信號(hào)對(duì)的走線設(shè)計(jì)要求和規(guī)范，確保 PCI-E 總線能進(jìn)行正常通信。

PCI-E 是一種雙單工連接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行差分低電壓互聯(lián)。每個(gè)通道有兩對(duì)差分信號(hào)：傳輸對(duì) Txp/Txn，接收對(duì) Rxp/Rxn。該信號(hào)工作在 2.5 GHz 并帶有嵌入式時(shí)鐘。嵌入式時(shí)鐘通過(guò)消除不同差分對(duì)的長(zhǎng)度匹配簡(jiǎn)化了布線規(guī)則。

隨著 PCI-E 串行總線傳輸速率的不斷增加，降低互連損耗和抖動(dòng)預(yù)算的設(shè)計(jì)變得格外重要。在整個(gè) PCI-E 背板的設(shè)計(jì)中，走線的難度主要存在于 PCI-E 的這些差分對(duì)。圖 1 提供了 PCI-E 高速串行信號(hào)差分對(duì)走線中主要的規(guī)范，其中 A、B、C 和 D 四個(gè)方框中表示的是常見的四種 PCI-E 差分對(duì)的四種扇入扇出方式，其中以圖中 A 所示的對(duì)稱管腳方式扇入扇出效果最好，D 為較好方式，B 和 C 為可行方式。接下來(lái)本文將對(duì) PCI-E ?LVDS 信號(hào)走線時(shí)的注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)：

圖 1 PCI-E 差分線布線規(guī)范

（1）對(duì)于插卡或插槽來(lái)說(shuō)，從金手指邊緣或者插槽管腳到 PCI-E Switch 管腳的走線長(zhǎng)度應(yīng)限制在 4 英寸以內(nèi)。另外，長(zhǎng)距離走線應(yīng)該在 PCB 上走斜線。

（2）避免參考平面的不連續(xù)，譬如分割和空隙。

（3）當(dāng) LVDS 信號(hào)線變化層時(shí)，地信號(hào)的過(guò)孔應(yīng)放得靠近信號(hào)過(guò)孔，對(duì)每對(duì)信號(hào)的一般要求是至少放 1 至 3 個(gè)地信號(hào)過(guò)孔，并且永遠(yuǎn)不要讓走線跨過(guò)平面的分割。

（4）應(yīng)盡量避免走線的彎曲，避免在系統(tǒng)中引入共模噪聲，這將影響差分對(duì)的信號(hào)完整性和 EMI。所有走線的彎曲角度應(yīng)該大于等于 135 度，差分對(duì)走線的間距保持 20mil 以上，彎曲帶來(lái)的走線最短應(yīng)該大于 1.5 倍走線的寬度。

當(dāng)一段蛇形線用來(lái)和另外一段走線來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)度匹配，如圖 2 所示，每段長(zhǎng)彎折的長(zhǎng)度必須至少有 15mil（3 倍于 5mil 的線寬）。蛇形線彎折部分和差分線的另一條線的最大距離必須小于正常差分線距的 2 倍。

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圖 2 蛇形走線

（5）差分對(duì)中兩條數(shù)據(jù)線的長(zhǎng)度差距需在 5mil 以內(nèi)，每一部分都要求長(zhǎng)度匹配。在對(duì)差分線進(jìn)行長(zhǎng)度匹配時(shí)，匹配設(shè)計(jì)的位置應(yīng)該靠近長(zhǎng)度不匹配所在的位置，如圖 3 所示。但對(duì)傳輸對(duì)和接收對(duì)的長(zhǎng)度匹配沒有做具體要求，即只要求差分線內(nèi)部而不是不同的差分對(duì)之間要求長(zhǎng)度匹配。在扇出區(qū)域可以允許有 5mil 和 10mil 的線距。50mil 內(nèi)的走線可以不需要參考平面。長(zhǎng)度匹配應(yīng)靠近信號(hào)管腳，并且長(zhǎng)度匹配將能通過(guò)小角度彎曲設(shè)計(jì)。

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圖 3 ?PCI-E 差分對(duì)長(zhǎng)度匹配設(shè)計(jì)

為了最小化長(zhǎng)度的不匹配，左彎曲的數(shù)量應(yīng)該盡可能的和右彎曲的數(shù)量相等。當(dāng)一段蛇形線用來(lái)和另外一段走線來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)度匹配，每段長(zhǎng)彎折的長(zhǎng)度必須大于三倍線寬。蛇形線彎折部分和差分線的另一條線的最大距離必須小于正常差分線距的兩倍。并且，當(dāng)采用多重彎曲布線到一個(gè)管腳進(jìn)行長(zhǎng)度匹配時(shí)非匹配部分的長(zhǎng)度應(yīng)該小于等于 45mil。

（6）PCI-E 需要在發(fā)射端和接收端之間交流耦合，并且耦合電容一般是緊靠發(fā)射端。

差分對(duì)兩個(gè)信號(hào)的交流耦合電容必須有相同的電容值，相同的封裝尺寸，并且位置對(duì)稱。如果可能的話，傳輸對(duì)差分線應(yīng)該在頂層走線。電容值必須介于 75nF 到 200nF 之間，最好是 100nF。推薦使用 0402 的貼片封裝，0603 的封裝也是可接受的，但是不允許使用插件封裝。差分對(duì)的兩個(gè)信號(hào)線的電容器輸入輸出走線應(yīng)當(dāng)對(duì)稱的。盡量減少追蹤分離匹配，差分對(duì)走線分離到管腳的的長(zhǎng)度也應(yīng)盡量短。