PCIe Layout y Signal Routing

PCIe tiene "Puntos finales (EP)" y un "Complejo raíz (RC)". La tarjeta GFX en este caso se conoce como un EP que es básicamente como una hoja del árbol. En el tronco del árbol estaría la CPU de su placa base, que tiene un RC incorporado que administra todos los dispositivos.

El cableado entre un EP y un RC es, en su forma más simple, punto a punto. Dentro de esto hay dos tipos de señales: líneas (TX y RX) y señales de banda lateral (todo lo demás, por ejemplo, reloj, reinicio, alimentación, etc.). De estas señales se debe tener en cuenta lo siguiente:

1. Para las señales de banda lateral, estas deberían estar conectadas entre los pines correspondientes en cada extremo. En su caso para una tarjeta vertical, simplemente los pasaría directamente desde el pin en un conector al mismo pin en el otro.

2. Los rastros de potencia deben enrutarse con suficiente para suministrar 25W o 75W. En general, hay un suministro de 12 V, un suministro de 3,3 V y un suministro auxiliar de 3,3 V cuando la computadora está en modo inactivo o apagado.

3. Las señales de carril son las más críticas . Estos deben dirigirse con gran atención a los detalles, lo que garantiza que se direccionen de forma diferencial y que la impedancia se ajuste al diferencial de 100. Esto se logra normalmente mediante el uso de un plano de tierra en una placa de 4 capas como un plano de referencia (el enrutamiento de HF está más allá del alcance de esta respuesta, aquí hay muchos recursos EE.SE). La longitud debe coincidir con las señales de P / N de los pares diferenciales para cada línea, sin embargo, no tiene que preocuparse de hacer coincidir las longitudes de las diferentes líneas para PCIe, ya que cada línea se maneja por separado del resto.

4. Los carriles son unidireccionales, es decir, los datos fluyen de una manera. Es imperativo cruzar las líneas TX y RX: la línea TX de un dispositivo va a la línea RX del otro dispositivo. Sin embargo, , si está construyendo una tarjeta vertical, el cruce de los carriles se realiza en la placa base , lo que significa que su tarjeta vertical debe enrutar las señales de un conector a el mismo número de pin en el otro extremo (TX en un extremo va a TX en el otro extremo).

5. Si está cambiando el número de carriles, solo necesita cablear los carriles que necesita para asegurarse de que el número más bajo sea el número de carriles contiguos (por ejemplo, Carril 0 para 1x, Carriles 0 y 1 para 2x, etc. ) se mantienen. PCIe espera que la línea 0 en un dispositivo se conecte a la línea 0 en el otro dispositivo siempre (*) y que ninguna línea se salte. Entonces, si está conectando su tarjeta x16 a una ranura x1, debe mantener el carril 0 y solo necesita conectar esa. Cualquier carril que no se use se puede dejar simplemente desconectado (no es necesario ni debe cancelarlo).

Más allá de eso, es solo un caso de seguir una buena práctica de PCB y tener especial cuidado con la coincidencia de impedancia y el enrutamiento de rastreo de alta frecuencia.

La parte que se pone muy complicada es si espera obtener Gen 3 PCIe (y Gen 2 hasta cierto punto). Las velocidades a las que corre G3 (4 GHz) van mucho más allá de las capacidades de los sustratos de PCB FR4 estándar y su enrutamiento lo lleva al extraño y maravilloso mundo del diseño de RF. de un dolor que es. Gen 1 es solo (o_O) 1.25GHz, lo que es un poco más indulgente, siempre y cuando esté bien con su ruta e intente evitar las vías cuando sea posible.

(*) Estrictamente hablando, hay otros trucos inteligentes como la inversión de carril, pero el soporte no es obligatorio.

Con respecto a la pregunta final sobre dónde aprenden las personas estas cosas, generalmente mientras trabajan para empresas o instituciones de investigación. No hay muchos recursos disponibles porque el diseño de dispositivos PCIe generalmente va mucho más allá de lo que intentaría la mayoría de los aficionados, y la información de implementación probablemente se mantenga como un secreto corporativo por parte de quienes fabrican dispositivos comerciales.

Definitivamente necesita una copia de la tecnología PCI Express 3.0 (2012), o podría obtener con la arquitectura del sistema PCI Express (2004). Ambos son libros de Mindshare y cubren los conceptos básicos muy bien.

Intel también tiene gran información sobre su red de diseño . También tienen una versión de la especificación PCIe 4.x disponible gratuitamente.

Si solo está haciendo el diseño de PCB, obtenga una copia de las Pautas de diseño de la placa PCIe. Debe registrarse con Intel para obtener la última versión, pero hay muchas copias del borrador disponible .