PCIe硬件设计的关键点.pdf

简介：
本文档深入探讨了PCIe硬件设计中至关重要的技术细节和最佳实践，旨在帮助工程师理解和优化PCIe系统的设计。 在计算机硬件设计领域，PCI Express（简称PCIe）是一种高速串行扩展总线标准，用于连接主板与处理器及其他外围设备。随着技术的发展，现在的主流版本为Gen3，单条Lane的速度可达8Gbps。 当涉及到PCIE硬件的设计时，特别是在印刷电路板(PCB)方面，有一系列的技术规范和规则需要遵循。例如，在使用外部连接器的场景中，PCIe TX Lane上必须安装耦合电容。对于Gen3标准而言，推荐使用的耦合电容值为220nF；而针对Gen2，则建议选用100nF的耦合电容。在选择封装时，小型化是趋势，如采用尺寸较小的0201封装更为理想，尽管使用稍大的0402封装也是可以接受的选择。 对于板载PCIe设备（即处理器与外设位于同一主板上），无论是在发送(Tx)还是接收(Rx)链路上都需要安装耦合电容。这有助于确保信号完整性，并减少不必要的干扰。 在PCIE PCB布局设计中，有几点核心注意事项：首先，在放置耦合电容时需要考虑成对且均匀分布的原则；同时尽可能避免将它们直接并排摆放，如果无法错开，则需保证足够的间距以防止相互间的干扰。此外，在从CPU到板载设备的布线过程中，差分对内等长控制应在0.5皮秒以内，并保持±3mil内的偏差范围。这一严格的布线规范确保了信号传输的一致性和稳定性。 在电源管理方面，PCIe支持主动状态电源管理（ASPM）链路状态和L1子状态来降低功耗。其中，系统驱动程序能够将设备置于低功率模式下，并允许PCIe链路进入相应的低功耗状态。具体来说，有强制性的L0s以及可选的L1两种低能耗模式可供选择。 通过使用专业的分析工具如Teledyne LeCroy PCIe分析仪捕捉到的数据包，可以观察和解析PCIe链路上的状态转换过程，从而帮助工程师优化硬件设计并提升系统的电源管理效率。综上所述，PCIE硬件的设计是一项复杂且精确的工作，在遵循上述规则的同时不断学习新技术是至关重要的。