PCIe para hackers: nossa placa M.2 está pronta

Começamos a projetar uma placa PCIe na semana passada, um adaptador de M.2 E-key para E-key, que adiciona um link extra ao slot E-key que ele carrega – útil para utilizar totalmente alguns E-key raros, mas sofisticados. cartões-chave. Agora o esquema está pronto, o posicionamento dos componentes foi descoberto e só precisamos rotear os pares diferenciais – deve ser simples, certo? Preparar-se.

O PCIe precisa de pares TX conectados ao RX na outra extremidade, como o UART – e isso não é negociável. Os conectores usarão a nomenclatura do lado do host e vice-versa. Como demonstra o diagrama, conectamos o TX do soquete ao RX do chip e vice-versa; se ficarmos confusos, o esquema do laptop está lá para nos ajudar a esclarecer as coisas. Resumindo, só precisamos inverter os nomes no link que chega ao switch PCIe, já que o switch PCIe atua como um dispositivo na placa; os dois links do switch vão para o soquete E-key e, para fins desse soquete, o switch PCIe atua como um host.

Ao rotear inicialmente esta placa, esqueci completamente de mais uma coisa importante para PCIe – capacitores da série em cada par de dados, no lado TX do host do link. Precisamos de três pares de capacitores aqui – no TX do uplink do switch PCIe e dois pares no lado TX do switch – novamente, a nomenclatura é do lado do host. Só me lembrei disso depois de terminar de rotear todos os pares de diferenças e, após um pouco de deliberação, decidi que esta é minha chance de experimentar os capacitores 0201. Para isso, peguei as pegadas do maravilhoso projeto do [Christoph], chamado “Efeito da fase da lua na lápide” – com esse nome, essas pegadas têm que ser boas.

Já falamos sobre cálculos de pares diferenciais em um dos artigos sobre PCIe e também houve um vídeo de demonstração! Dito isso, vamos repetir os cálculos neste aqui - mostrarei como passar de “informações de sites fabulosos de PCB” para “pares de diferenças de largura e folga adequados”, com alguns atalhos divertidos. Nossa configuração está, mais uma vez, tendo sinais nas camadas externas, referenciados à camada terrestre logo abaixo delas. Infelizmente, ainda não entendo como calcular a impedância diferencial para camadas de sinal imprensadas entre dois planos de terra, ou seja - se houver algum comentarista disposto a compartilhar esse conhecimento, eu apreciaria imensamente sua contribuição! Por enquanto, não vejo que haja um benefício tangível em tal acordo.

Desta vez, vou usar um empilhamento de 0,8 mm de 4 camadas – caso contrário, a placa não caberá em um soquete M.2. De acordo com as regras de projeto, posso diminuir para traços e espaçamentos de 3,5 mil (0,09 mm), em oposição aos traços usuais de 6 mil (0,16 mm) com os quais estou acostumado ao fazer placas genéricas de 2 camadas. Inicialmente, estou escolhendo a variante de empilhamento 7628 aqui – a principal diferença entre os empilhamentos aqui é a espessura do pré-impregnado e a constante dielétrica, que impacta a espessura e o espaçamento mínimos possíveis do par de diferenças.

Passei pelos parâmetros da página de empilhamento do JLCPCB e peguei os parâmetros da página de pedidos - você pode colocar esses parâmetros na janela “Arquivo => Configuração da placa”, na aba “Classes de rede”. Depois de substituir os parâmetros padrão pelos de processo controlado por impedância de 4 camadas - folga, largura mínima do traço, via tamanho e tal - obtemos alguns parâmetros lindos que podemos usar se houver um ponto apertado e uma capacidade para fazer um posicionamento de componentes razoavelmente denso.

Vamos buscar uma impedância diferencial pontual de 85 ohms hoje – um ótimo alvo onde quer que você possa pagar. Novamente, traços no topo, plano de terra ininterrupto logo abaixo deles, ao longo de todo o comprimento dos pares. Para o empilhamento “7628”, isso significa que há 0,21 mm de material com 4,6 Er entre os pares e o solo – insira esses dois valores na calculadora, deixe a espessura do cobre em 35 um (1 onça de cobre) e podemos brincar com o espaço de rastreamento e valores de largura, até o nosso limite de 0,09 mm – o que nos leva a uma opção de largura de 0,225 mm/espaço de 0,09 mm. No entanto, isso não é tão bom em termos de espaço.

Você não precisa ficar com o empilhamento padrão! Após um pouco de deliberação, mudei para o empilhamento “3313” – com 4,05 Er e pré-impregnado de 0,1 mm de espessura entre as camadas superior e intermediária. Parece um pouco mais caro, mas parece um pouco mais fácil de rotear no pequeno espaço que tenho. Isso me levou a pares de 0,135 mm / 0,09 mm, mantendo a mesma impedância diferencial de 85 ohms. Agora, tudo o que preciso fazer é inserir esses parâmetros na tabela “Net Classes”, e sempre que pressionar '6', começarei imediatamente a desenhar um par diferencial de impedância de 85 ohms.