一、简介

PCI-E（Peripheral Component Interconnect Express）是一种高速串行计算机扩展总线标准，由英特尔在2001年提出，旨在替代旧的PCI、PCI-X和AGP总线标准。它广泛应用于显卡、固态硬盘、网卡等设备的连接，提供了高带宽和低延迟的性能。PCIE属于高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，不共享资源，主要支持主动电源管理，错误报告，端对端的可靠性传输，热插拔以及服务质量(QOS​)等功能。

插槽模式

PCI-E接口有多种插槽模式，包括x1、x4、x8和x16，主要区别在于通道数量和带宽。例如：

• PCI-E x16：提供16条通道，带宽最高，常用于显卡和高性能设备。

• PCI-E x4：通常用于固态硬盘（如M.2 SSD）或扩展卡。

• PCI-E x1：带宽较低，适合独立网卡、声卡等设备。

版本与性能

PCI-E标准不断升级，目前已发展到6.0版本。不同版本的带宽性能显著提升，例如：

• PCI-E 3.0：每通道带宽约为8Gbps。

• PCI-E 4.0：每通道带宽提升至16Gbps。

• PCI-E 5.0：进一步提升至32Gbps。

应用场景

PCI-E接口广泛应用于以下场景：

• 显卡：通过x16插槽提供高带宽支持。

• 固态硬盘：M.2接口通常基于PCI-E通道，支持NVMe协议，传输速度远超SATA。

• 扩展卡：如网卡、声卡、USB扩展卡等，通常使用x1或x4插槽。

兼容性

PCI-E接口具有良好的向下兼容性，例如x16插槽可以兼容x1、x4和x8设备。同时，PCI-E设备支持不同版本之间的兼容，但性能会受限于最低版本的标准。

注意事项

在硬件设计中，需注意PCI-E接口的电源和信号完整性。例如：

• 交流耦合电容：PCI-E 2.0推荐使用100nF，PCI-E 3.0推荐220nF。

• 主板布线：确保插槽的针脚和通道连接正确，以避免性能损失。

二、PCIE接口Layout要求

PCIE接口可以全面取代PCI和AGP, 数据传输速率最高可达10GB/s以上。

1、差分阻抗:85 或 90 ohm(+/-10%)

2、走线长度控制在1-12英寸

3、差分对内等长误差为5mil，两组差分线之间的间距>=15mil，与其他信号或灌铜也应保证间距>=15mil

4、尽量不打过孔或将过孔数量控制在2个以内

5、TX和RX信号分别走在同一层面，要完整的参考平面，优先邻近GND层走线

三、PCIE实例设计

四、PCIE  (M.2接口）

4.1、PCIE Lines布线指导

在布局布线过程，按以下规则指导以确保最佳信号质量和尽量减少反射。

4.2、TX\RX差分线布线要求

• TX和RX之间不要求做等长，但TX和RX各自对内需要做等长，对内误差为5mil。
• H为TRACE到最近参考平面的距离。
• 对其他信号包括其他接口的间距要>5H，如SDRAM, NAND, POWER等。

4.3、PCIE(M.2)布线规则

◼ 差分对内(P 和N)的长度误差控制在5mil以内

◼ 不要计算FINGER-PAD 内部的布线长度 

◼ TRACE/VIA/FINGER-PAD/电容- pad 采用对称布线

◼ TRACE 改变层时，对称添加拼接VIA，并靠近信号VIA，以避免参考平面不连续。 

◼ 如果TRACE 更改层后参考平面相同，则无需添加拼接via。 

例如TRACE 将L1 层改为L3 层。 参考平面仍然是L2。 

◼ 最小化TX/RX/CLK TRACE 上的VIA 数量。 

◼ 从内部层去除非功能性焊盘，以减少通过电容产生的过剩。 

◼ 根据不同的堆叠方式，VIA/BALL-PAD/FINGER-PAD/CAPACITOR-PAD可能需要进行微调以匹配TRACE阻抗。 

◼ 如果有测试点，测试点的Stub尽可能短，测试点的焊盘尽量小。

◼ 保持VIA残留根尽可能短。 TRACE从顶层到底层时，VIA残留根比L1到L3短。

◼ VIA残留根可以通过从顶层到底层布线到2层(背钻)。

◼ 将交流耦合电容靠近FINGER。 

◼ 使用小封装的交流耦合电容器，如0201。 220 NF建议。 

◼ 优先考虑非交错布线(RX组/CLK在同一内层，TX组在同一内层)。 

◼ 如果TX和RX路由在同一层，则要求TX和RX之间的间距大于10H。 

◼ 带状线优先。 优先走在内层。

PS：原文地址 => http://www.dodopcb.com/ziyuan/240.html