PCI-Express總線接口的布線規(guī)則

PCIE是一種典型的串行總線，本文是針對(duì)PCI-E接口的布線規(guī)則，這些規(guī)則是很多芯片廠商的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，也是很多老工程師耳熟能詳?shù)慕鹂朴衤伞?/p>

1. 阻抗要求

PCI-Express的接口走線阻抗在4層或6層板時(shí)必須保持100ohm差分。

2.線寬和線距 通過阻抗計(jì)算軟件，結(jié)合PCB疊層情況，計(jì)算出合理的走線線寬和線距。比如，微帶線情況下，差分線的寬度為5mil，差分對(duì)中2條走線的間距是7mil。(帶狀線情況下，差分線的寬度為5mil，差分對(duì)中2條走線的間距是5mil。)

差分對(duì)之間的距離和差分線與其他非PCI Express信號(hào)的距離保持20mil或介質(zhì)厚度的四倍，選擇其中更大者。如果非PCI Express信號(hào)電壓明顯高于或非PCI EXPRESS信號(hào)邊緣比PCI Express信號(hào)邊緣快的話，兩者的空間應(yīng)增加到30mil，以避免耦合。如圖1所示：

3.長(zhǎng)度和長(zhǎng)度匹配

為了分散玻璃纖維束編織和介質(zhì)層非增強(qiáng)表面樹脂層的有效厚度區(qū)域的影響，長(zhǎng)距離走線必須與XY軸成一個(gè)斜的角度(長(zhǎng)走線應(yīng)在板上走斜線)，如圖2所示：

圖2

PCB的每英寸走線可能會(huì)引進(jìn)1ps~5ps的抖動(dòng)預(yù)算和0.25dB~0.35dB的損耗。介質(zhì)為FR4的PCB，一般來說： a.差分對(duì)從芯片到芯片的走線最大不能超過6英寸; b.差分對(duì)中兩條走線的長(zhǎng)度的差距應(yīng)小于等于5mil。

在遇到布局緊張等特殊情況時(shí)時(shí)走線可以由5-7變?yōu)楦〉木€寬和線距，但是當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，變換的差分對(duì)走線長(zhǎng)度不能超過150mil。如圖3所示：

圖3

還有長(zhǎng)度匹配應(yīng)盡可能接近信號(hào)引腳而沒有引入任何小角度彎曲。具體走線可參考圖4：

圖4 4.測(cè)試點(diǎn)、過孔和焊盤 信號(hào)過孔影響整體的損耗和抖動(dòng)預(yù)算，限制最大的走線長(zhǎng)度。 在TX差分對(duì)中最多可以使用4個(gè)過孔，而在RX差分對(duì)中最多只可以使用2個(gè)過孔。過孔應(yīng)該有一個(gè)25mil或更小的焊盤，并且其完成內(nèi)徑應(yīng)該為14mil或更小。兩個(gè)過孔必須放在一互相對(duì)稱的位置上。如圖5所示：

圖5

測(cè)試點(diǎn)(可以是過孔，焊盤或是元件)及探針腳應(yīng)置于對(duì)稱的位置，不應(yīng)當(dāng)在差分對(duì)引入stub，如圖6：

圖6 5.彎曲 應(yīng)盡量不使用彎曲，因?yàn)槠鋾?huì)引入共模噪聲。差分對(duì)使用彎曲應(yīng)該遵循以下規(guī)則：(以圖7為例) 1.所有彎曲的角度(α)應(yīng)該≥135°; 2.保持走線間距(A)≥20mil; 3.片斷，比如B和C，其側(cè)翼有一個(gè)彎曲，其長(zhǎng)度應(yīng)該≥1.5倍的走線寬度。

圖7 盡量使左彎曲的數(shù)量和右彎曲的數(shù)量相等。 當(dāng)一段蛇形線用來和另一段走線來進(jìn)行長(zhǎng)度匹配時(shí)，每段長(zhǎng)彎折的長(zhǎng)度必須至少15mil(3倍于5mil的線寬)。蛇行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線距的2倍。如圖8所示：

圖8 當(dāng)使用多重彎曲布線到一個(gè)管腳或是一個(gè)BGA的焊盤的非匹配的部分應(yīng)該≤45mil，如圖9所示：

圖9 連接到焊盤的彎曲線應(yīng)該遵循以下規(guī)則：(以圖10為例) 1.所有彎曲的角度(α)應(yīng)該≥135°; 2.保持走線間距(A)≥3倍的走線寬度; 3.B和C段其長(zhǎng)度應(yīng)該≥1.5倍的走線寬度; 4.D段應(yīng)該盡量短。

圖10 6.AC電容 PCIExpress需要在發(fā)送端和接收端之間交流耦合。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。 AC電容必須放在最靠近信號(hào)發(fā)送端的位置。電容值必須介于75nF到200nF之間(最好是100nF)。推薦使用0402封裝，但是0603封裝也是可以接受的。兩電容應(yīng)該對(duì)稱放置，如圖11所示：

圖11

此外差分參考時(shí)鐘應(yīng)該和高速串行數(shù)據(jù)線一樣使用相同幾何結(jié)構(gòu)的差分線。

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審核編輯 黃宇