PCIe per hacker: la nostra scheda M.2 è pronta

Abbiamo iniziato a progettare una scheda PCIe la scorsa settimana, un adattatore da M.2 E-key a E-key, che aggiunge un ulteriore collegamento allo slot E-key che trasporta, utile per utilizzare appieno alcuni rari ma fantasiosi E-key. carte chiave. A questo punto, lo schema è pronto, il posizionamento dei componenti è stato deciso e dobbiamo solo instradare le coppie differenziali: dovrebbe essere semplice, giusto? Allacciate le cinture.

PCIe necessita di coppie TX collegate a RX su un'altra estremità, come UART, e questo non è negoziabile. I connettori utilizzeranno la denominazione lato host e viceversa. Come dimostra lo schema, colleghiamo il TX del socket all'RX del chip e viceversa; se mai dovessimo confonderci, lo schema del portatile è lì per aiutarci a chiarire le cose. Per riassumere, dobbiamo solo invertire i nomi sul collegamento che arriva allo switch PCIe, poiché lo switch PCIe agisce come un dispositivo sulla scheda; i due collegamenti dallo switch vanno al socket E-key e, per gli scopi di quel socket, lo switch PCIe funge da host.

Durante il routing iniziale di questa scheda, mi sono assolutamente dimenticato di un'altra cosa importante per i condensatori della serie PCIe su ogni coppia di dati, sul lato TX host del collegamento. Abbiamo bisogno di tre coppie di condensatori qui – su TX dell'uplink dello switch PCIe e due coppie sul lato TX dello switch – ancora una volta, la denominazione è sul lato host. Me ne sono ricordato solo dopo aver finito di instradare tutti i diffpair e, dopo un po' di riflessione, ho deciso che questa era la mia occasione per provare i condensatori 0201. Per questo ho preso le impronte dal meraviglioso progetto di [Christoph], chiamato “Effetto della fase lunare sulla lapide” – con un nome simile, queste impronte devono essere belle.

Abbiamo già parlato dei calcoli delle coppie differenziali in uno degli articoli PCIe e c'era anche un video dimostrativo! Detto questo, ripetiamo i calcoli su questo: mostrerò come passare da "informazioni sul sito Web di un PCB favoloso" a "diffpair di larghezza e spazio corretti", con alcune scorciatoie divertenti. La nostra configurazione prevede, ancora una volta, segnali sugli strati esterni, riferiti allo strato di terra proprio sotto di loro. Purtroppo, non ho ancora capito come calcolare l'impedenza differenziale per gli strati di segnale inseriti tra due piani di terra, vale a dire: se c'è qualche commentatore disposto a condividere questa conoscenza, apprezzerei moltissimo il tuo contributo! Per ora, comunque, non vedo che ci sarebbe un vantaggio tangibile in un simile accordo.

Questa volta utilizzerò uno stackup a 4 strati da 0,8 mm, altrimenti la scheda non entrerà in un socket M.2. Secondo le regole di progettazione, posso scendere a tracce e spaziature di 3,5 mil (0,09 mm), rispetto alle solite tracce da 6 mil (0,16 mm) a cui sono abituato quando realizzo schede generiche a 2 strati. Inizialmente, sto scegliendo la variante stackup 7628 qui: la differenza principale tra gli stackup qui è lo spessore del prepreg e la costante dielettrica, che influisce sullo spessore e sulla spaziatura minima possibile delle coppie diff.

Ho analizzato i parametri sulla pagina di stackup JLCPCB e ho preso i parametri dalla pagina degli ordini: puoi inserire questi parametri nella finestra "File => Board Setup", nella scheda "Net Classes". Dopo aver sostituito i parametri predefiniti con quelli del processo controllato dall'impedenza a 4 strati - distanza, larghezza minima della traccia, dimensione e simili - otteniamo alcuni parametri piuttosto adorabili a cui possiamo scendere se mai ci sono problemi e un'abilità per eseguire un posizionamento dei componenti ragionevolmente denso.

Puntiamo oggi a un'impedenza differenziale puntuale di 85 ohm: un ottimo obiettivo ovunque te lo puoi permettere. Ancora una volta, tracce in alto, piano terra ininterrotto proprio sotto di loro, per tutta la lunghezza delle coppie. Per lo stackup "7628", ciò significa che ci sono 0,21 mm di materiale con 4,6 Er tra le coppie e la terra: inserisci questi due valori nel calcolatore, lascia lo spessore del rame a 35 um (1 oncia di rame) e possiamo giocare con lo spazio della traccia e valori di larghezza, fino al nostro limite di 0,09 mm, il che ci porta a un'opzione di larghezza di 0,225 mm/spazio di 0,09 mm. Tuttavia, questo non è poi così eccezionale dal punto di vista dello spazio.

Tuttavia, non devi restare con lo stackup predefinito! Dopo una breve riflessione, sono passato allo stackup “3313”, con preimpregnato da 4,05 Er e 0,1 mm di spessore tra gli strati superiore e intermedio. Sembra essere un po' più costoso, ma sembra un po' più facile da instradare nel piccolo spazio che ho. Ciò mi ha portato a coppie da 0,135 mm/0,09 mm, mantenendo la stessa impedenza differenziale di 85 ohm. Ora, tutto quello che devo fare è inserire questi parametri nella tabella "Classi di rete" e ogni volta che premo "6", inizierò immediatamente a disegnare una coppia differenziale di impedenza da 85 ohm.