PCI-E布线规则.doc

PCI-E 布线规则 合理的走线设计可以信号的兼容性，减小信号的反射和电磁损耗。PCI-E 总线的信号线采用高速串行差分通信信号，因此，注重高速差分信号对的走线设计要求和规范，确保PCI-E 总线能进行正常通信。 PCI-E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。 随着PCI-E串行总线传输速率的不断增加，降低互连损耗和抖动预算的设计变得格外重要。在整个PCI-E背板的设计中，走线的难度主要存在于PCI-E的这些差分对。图1提供了PCI-E高速串行信号差分对走线中主要的规范，其中A、B、C和D四个方框中表示的是常见的四种PCI-E差分对的四种扇入扇出方式，其中以图中A所示的对称管脚方式扇入扇出效果最好，D为较好方式，B和C为可行方式。接下来本文将对PCI-E LVDS信号走线时的注意事项进行总结： 图  SEQ 图 \* ARABIC 1 PCI-E 差分线布线规范 （1）对于插卡或插槽来说，从金手指边缘或者插槽管脚到PCI-E Switch 管脚的走线长度应限制在4英寸以内。另外，长距离走线应该在PCB上走斜线。 （2）避免参考平面的不连续，譬如分割和空隙。 （3）当 LVDS 信号线变化层时，地信号的过孔应放得靠近信号过孔，对每对信号的一般要求是至少放1 至3个地信号过孔，并且永远不要让走线跨过平面的分割。 （4）应尽量避免走线的弯曲，避免在系统中引入共模噪声，这将影响差分对的信号完整性和EMI。所有走线的弯曲角度应该大于等于135度，差分对走线的间距保持20mil以上，弯曲带来的走线最短应该大于1.5倍走线的宽度。 当一段蛇形线用来和另外一段走线来进行长度匹配，如图2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  SEQ 图 \* ARABIC 2 蛇形走线 （5）差分对中两条数据线的长度差距需在5mil以内，每一部分都要求长度匹配。在对差分线进行长度匹配时，匹配设计的位置应该靠近长度不匹配所在的位置，如图3所示。但对传输对和接收对的长度匹配没有做具体要求，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。在扇出区域可以允许有5mil和10mil的线距。50mil内的走线可以不需要参考平面。长度匹配应靠近信号管脚，并且长度匹配将能通过小角度弯曲设计。 图  SEQ 图 \* ARABIC 3 PCI-E差分对长度匹配设计 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，每段长弯折的长度必须大于三倍线宽。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两倍。并且，当采用多重弯曲布线到一个管脚进行长度匹配时非匹配部分的长度应该小于等于45mil。 （6）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。 差分对两个信号的交流耦合电容必须有相同的电容值，相同的封装尺寸，并且位置对称。如果可能的话，传输对差分线应该在顶层走线。电容值必须介于 75nF到200nF之间，最好是100nF。推荐使用 0402 的贴片封装，0603 的封装也是可接受的，但是不允许使用插件封装。差分对的两个信号线的电容器输入输出走线应当对称的。尽量减少追踪分离匹配，差分对走线分离到管脚的的长度也应尽量短。 但所有这些规则都不是用来生搬硬套的，不少工程师似乎还不了解高速差分信号传输的本质。下面重点讨论一下PCB 差分信号设计中几个常见的误区。 误区一：认为差分信号不需要地平面作为回流路径，或者认为差分走线彼此为对方提供回流途径。 造成这种误区的原因是被表面现象迷惑，或者对高速信号传输的机理认识还不够深入。虽然差分电路对于类似地弹以及其它可能存在于电源和地平面上的噪音信号是不敏感的。地平面的部分回流抵消并不代表差分电路就不以参考平面作为信号返回路径，其实在信号回流分析上，差分走线和普通的单端走线的机理是一致的，即高频信号总是沿着电感最小的回路进行回流，最大的区别在于差分线除了有对地的耦合之外，还存在相互之间的耦合，哪一种耦合强，那一种就成为主要的回流通路。 在PCB 电路设计中，一般差分走线之间的耦合较小，往往只占10~20%的耦合度，更多的还是对地的耦合，所以差分走线的主要回流路径还是存在于地平面。当地平面发生不连续的时候，无参考平面的区域，差分走线之间的耦合才会提供主要的回流通路。 尽管参考平面的不连续对差分走线的影响没有对普通的单端走线来的严重，但还是