PCIe для хакеров: наша карта M.2 готова

На прошлой неделе мы начали разработку карты PCIe — адаптера с электронного ключа M.2 на электронный ключ, который добавляет дополнительную ссылку к имеющемуся на ней слоту электронного ключа, что полезно для полного использования нескольких редких, но необычных электронных ключей. ключевые карты. К настоящему моменту схема готова, расположение компонентов определено, и нам нужно только проложить дифференциальные пары – должно быть просто, не так ли? Пристегнитесь.

Для PCIe нужны пары TX, подключенные к RX на другом конце, например UART, и это не подлежит обсуждению. Соединители будут использовать именование на стороне хоста, и наоборот. Как показано на схеме, мы подключаем TX сокета к RX чипа и наоборот; Если мы когда-нибудь запутаемся, схема ноутбука поможет нам прояснить ситуацию. Подводя итог, нам нужно всего лишь перевернуть имена в ссылке, идущей к коммутатору PCIe, поскольку переключатель PCIe действует как устройство на карте; два канала от коммутатора идут к разъему электронного ключа, и для целей этого разъема коммутатор PCIe действует как хост.

При первоначальной разводке этой платы я совершенно забыл еще об одной важной вещи для PCIe — последовательных конденсаторах в каждой паре данных на стороне передачи хоста. Здесь нам нужны три пары конденсаторов — на TX восходящего канала коммутатора PCIe и две пары на стороне TX коммутатора — опять же, присвоение имен осуществляется на стороне хоста. Я вспомнил об этом только после того, как закончил разводку всех дифференциальных пар, и, немного поразмыслив, решил, что это мой шанс попробовать конденсаторы 0201. Для этого я взял следы из замечательного проекта [Кристофа] под названием «Влияние фазы луны на надгробия» — с таким названием эти следы должны быть хорошими.

Мы уже говорили о вычислениях дифференциальных пар в одной из статей о PCIe, а также было демонстрационное видео! Тем не менее, давайте повторим расчеты – я покажу, как перейти от «информации о веб-сайте PCB Fab» к «правильной разнице в ширине и зазоре», используя несколько забавных ярлыков. Наша установка снова имеет сигналы на внешних слоях, привязанные к наземному слою прямо под ними. К сожалению, я пока не понимаю, как рассчитать дифференциальный импеданс для сигнальных слоев, зажатых между двумя плоскостями заземления, то есть – если есть комментаторы, готовые поделиться этими знаниями, я буду очень признателен за ваш вклад! В любом случае, на данный момент я не вижу ощутимой выгоды от такого соглашения.

На этот раз я выберу четырехслойную сборку толщиной 0,8 мм — иначе плата не влезет в разъем M.2. Согласно правилам проектирования, я могу уменьшить длину дорожек и интервалов до 3,5 мил (0,09 мм) в отличие от обычных дорожек в 6 мил (0,16 мм), к которым я привык при создании обычных двухслойных плат. Изначально я выбираю здесь вариант сборки 7628 — основное различие между пакетами здесь заключается в толщине препрега и диэлектрической проницаемости, которая влияет на минимально возможную толщину и расстояние между парами.

Я просмотрел параметры на странице стека JLCPCB и взял параметры со страницы заказа — эти параметры можно поместить в окно «Файл => Настройка платы», во вкладке «Классы цепей». После замены параметров по умолчанию на 4-слойные параметры процесса, контролируемые импедансом — зазор, минимальная ширина дорожки, размер переходного отверстия и т. д. — мы получаем несколько довольно приятных параметров, до которых мы можем снизиться, если когда-нибудь возникнет трудное место, и возможность обеспечить достаточно плотное размещение компонентов.

Давайте сегодня стремиться к точному дифференциальному импедансу 85 Ом – отличной цели везде, где вы можете себе это позволить. Опять же следы сверху, прямо под ними сплошная земляная плоскость, по всей длине пар. Для стека «7628» это означает, что между парами и землей имеется 0,21 мм материала с 4,6 Er между парами и землей — введите эти два значения в калькулятор, оставьте толщину меди равной 35 мкм (1 унция меди), и мы можем поиграть с пространством трассировки. и значения ширины вплоть до нашего предела 0,09 мм, что приводит нас к варианту ширины 0,225 мм / интервала 0,09 мм. Однако с точки зрения космоса это не так уж и здорово.

Однако вам не обязательно придерживаться стека по умолчанию! После недолгих раздумий я перешел на пакет «3313» — с препрегом толщиной 4,05 Er и толщиной 0,1 мм между верхним и средним слоями. Кажется, это немного дороже, но на том небольшом пространстве, которое у меня есть, его действительно легче проложить. Это привело меня к парам 0,135 мм/0,09 мм при сохранении того же дифференциального импеданса 85 Ом. Теперь все, что мне нужно сделать, это ввести эти параметры в таблицу «Классы цепей», и всякий раз, когда я нажимаю «6», я немедленно начинаю рисовать дифференциальную пару с сопротивлением 85 Ом.