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(多图) PCI Express布线指南

作者:ykwym: EDN China?? 2008年11月13日 ?? 收藏0

  EDN博客精华文章??作者:ykwym

  1. 简介

  这个文档介绍了PCI Express 布线过程中要注意的事项。

  2.?? PCI Express互连

  PCI Express是一种双单工连接的点对点串行差分低电压互联。每个通道有两对差分信号:传输对TXP/TXN,接收对RXP/RXN。该信号工作在2.5 GHz并带有嵌入式时钟。嵌入式时钟通过消除不同差分对的长度匹配简化了布线规则。不断增加的PCI Express比特率需要一些特别的设计。而其中最小化互连损耗和抖动预算是关键要求。

  2.1 PCI Express的PCB叠层和参考面

  在PCI Express并没有使用新技术。一般的PC主板设计成4层叠层,而服务器,工作站和移动系统主板多使用6层或是更多层的叠层。插卡可以使用4层或是6层叠层。使用0.5OZ的镀铜微带线和1OZ的铜带状线。

  插卡的整体电路板的厚度必须是0.062inch。移动平台的PCB厚度可以是0.062inch或是0.050inch。

  为了尽可能的减少损耗和抖动预算,最重要的考虑因素是设计的目标阻抗,而且要保持阻抗的公差足够小。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。当信号线变化层时,地信号的过孔应放得靠近信号过孔。对每对信号的建议是至少放1到3个地信号过孔。还有永远不要让走线跨过平面的分割。

  2.2 走线

  2.2.1 阻抗

  PCI Express的连接走线阻抗在4层或6层板时必须保持100Ω差分/60Ω单端;而对8层或10层板阻抗为85 Ω差分/ 55 Ω单端。

  2.2.2线宽和线距

  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。在微带情况下,差分线的宽度是5 mil,差分对中的2条走线的间距是7mil。差分对中信号线中有100mil或超过100mil其信号线间距超过7mil,那么可以把信号线走成7mil的线宽。在带状情况下,差分线的宽度是5mil,差分对中的2条走线的间距是5mil。

  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。

线宽和线距

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  2.2.3长度和长度匹配

  走线长度极大地影响了互联的损耗和抖动预算。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。

  对于插卡来说,从金手指边缘到飞利浦的PCI Express PHY管脚的走线长度应限制在4 inch以内。对于系统板,走线长度建议小于12inch。

  为了分散玻璃纤维束编织和介质层非增强表面树脂层的有效厚度区域的影响,长距离走线必须与XY轴成一个斜的角度(长走线应该在板上走斜线)。

非平衡布线应避免

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  差分对中2条走线的长度的差距限制在最多5 mil。每一部分都要求长度匹配,与任何长度的增加(典型的是“蛇形线”部分)为差分线长度匹配而增加的任何长度的走线应放在不匹配出现的位置。没有传输差分对和接收差分对长度匹配的要求(即只要求差分线内部而不是不同的差分对之间要求长度匹配)。

每一部分都要求长度匹配

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  2.2.4 弯曲

  应尽量不使用弯曲,因为弯曲会给系统引入共模噪声,而这将影响差分对的信号完整性和EMI.

  弯曲的痕迹应≥ 135°。更严格的弯曲应避免的影响,因为他们的损失和抖动预算预算。

  走线的弯曲应该≥ 135°。应该避免小角度的弯曲因为这样的话将会影响到损耗和抖动预算。

  如果使用了弯曲,推荐使用下面的指南,以避免小角度弯曲。参见图4。

如果使用了弯曲

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  1.使所有走线的弯曲角度(α)≥ 135°。

  2.保持走线间距( A )≥ 20 mil。

  3.片段,譬如B和C,其侧翼有一个弯曲,其长度应该≥ 1.5倍走线的宽度。

  为了最小化长度的不匹配,左弯曲的数量应该尽可能的和右弯曲的数量相等。

  当一段蛇形线用来和另外一段走线来进行长度匹配,如图5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小于正常差分线距的2倍。

当一段蛇形线用来和另外一段走线来进行长度匹配

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  当使用多重弯曲布线到一个管脚或是一个BGA的焊球是非匹配部分的长度应该≤45mil。如图6所示。

当使用多重弯曲布线到一个管脚或是一个BGA的焊球是非匹配部分的长度应该

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PCI? 布线? 去耦电容? 金手指?

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