标准台式计算机和嵌入式计算机中最常见的附加卡是 PCIe 卡。PCIe 附加卡具有多种外形尺寸，并使用边缘插槽连接器，可沿主板垂直或直角安装。您还有不同类型的 PCIe 设备，例如插入 M.2 连接器的 SSD 或模块。

在本文中，我将介绍使用台式计算机或服务器中常见的标准垂直边缘连接器的 PCIe 附加卡的机械和电气要求。PCIe 附加卡对卡的形状和大小具有特定的机械规格，必须遵循这些规格才能紧贴边缘连接器。

遗憾的是，这些边缘连接器的机械规格被埋没在 PCIe 标准中。设计人员通常必须对现有的卡轮廓进行逆向工程，才能在 PCIe 卡 PCB 中使用它。在此博客中，我创建了一个 PCIe 卡模板，您可以将其用于您的项目。此模板是一个很好的起点，因为它显示了卡的机械键控和引脚要求，但轮廓是可调节的，以匹配您需要的确切 PCB 尺寸。

PCIe 卡的机械和电气要求

PCIe 附加卡使用 PCIe 插槽连接器，该连接器施加了机械约束并确定了信号完整性。以下是这些卡中使用的 PCIe 插槽连接器的一些重要注意事项：

• 车道标准化：插槽连接器针对特定数量的通道（1x、4x、8x、16x 和不太常用的 32x）进行了标准化。
• 世代兼容性：插槽连接器适用于特定的 PCIe 代系，并且向后兼容。
• 组件类型：槽连接器可以是通孔组件或 SMD 组件，但新一代连接器往往是 SMD。
• 扩展连接器：如果设计需要，较大的插槽连接器可以容纳较小的附加卡。
• 键控和方向：插槽连接器是键控的，以确定安装过程中 PCIe 卡的方向。此键控必须包含在附加模块卡中。

PCIe 附加卡通常有一个连接到卡的法兰，允许它靠在计算机的机箱上。此法兰限制了标准 PCIe 附加卡的尺寸。

PCIe 插槽连接器示例

下面显示了一些插槽连接器示例。任何打开台式计算机或服务器的人都会认出这些边缘连接器。所示连接器可从 Samtec 获得，但 Amphenol 等其他供应商也提供自己的边缘连接器。

8 通道（顶部）和 16 通道（底部）PCIe 边缘连接器 （Amphenol）

考虑到边缘连接器和卡法兰的尺寸和位置，通常需要进行机械建模来验证外壳内的形状和配合。对于新一代 PCIe，还需要 SI 仿真来验证通道带宽和总损耗。除了这些考虑因素之外，设计人员还必须构建卡引脚布局以适应所需的通道数。

PCIe 卡引脚中的通道数

PCIe 连接器中的卡引脚排列取决于通道数，并包括其他接口，例如 JTAG。卡边缘还有电源端口和许多接地引脚。引脚的间距为 1.0 mm，PCIe RX 和 TX 通道与接地引错。

所有 PCIe 侧插卡引脚布局都有一个 A 侧和一个 B 侧。这些侧面已标记并显示在下图中。

表中详细介绍了 PCIe 卡的引脚布局。随着通道数量的增加，新的部分被添加到引脚表中。

1x 通道

针#	B 面名称	功能	A 面名称	功能
1	+12伏	+12 伏特电源	PRSNT#1	热插拔存在检测
2	+12伏	+12 伏特电源	+12伏	+12 伏特电源
3	+12伏	+12 伏特电源	+12伏	+12 伏特电源
4	接地	地	接地	地
5	SMCLK	SMBus 时钟	JTAG2	TCK
6	SMDAT 公司	SMBus 数据	JTAG3	TDI
7	接地	地	JTAG4	TDO （定义）
8	+3.3伏	+3.3 伏特电源	JTAG5的	TMS
9	JTAG1	+TRST#	+3.3伏	+3.3 伏特电源
10	3.3沃克斯	3.3V 伏特电源	+3.3伏	+3.3 伏特电源
11	唤醒#	链接重新激活	PERST#	PCI-Express 复位信号
机械钥匙	不适用	不适用	不适用	不适用
12	RSVD	保留	接地	地
13	接地	地	REFCLK+	参考 CLK （+）
14	TX0_P	TX 车道 0 （+）	REFCLK-	引用 CLK （-）
15	TX0_N	TX 车道 0 （-）	接地	地
16	接地	地	RX0_P	RX 通道 0 （+）
17	PRSNT#2	热插拔检测	RX0_N	RX 通道 0 （-）
18	接地	地	接地	地

 

4x 通道

针#	B 面名称	功能	A 面名称	功能
19	TX1_P	TX 车道 1 （+）	RSVD	保留
20	TX1_N	TX 车道 1 （-）	接地	地
21	接地	地	RX1_P	RX 泳道 1 （+）
22	接地	地	RX1_N	RX 泳道 1 （-）
23	TX2_P	TX 车道 2 （+）	接地	地
24	TX2_N	TX 车道 2 （-）	接地	地
25	接地	地	RX2_P	RX 泳道 2 （+）
26	接地	地	RX2_N	RX 泳道 2 （-）
27	TX3_P	TX 车道 3 （+）	接地	地
28	TX3_N	TX 车道 3 （-）	接地	地
29	接地	地	RX3_P	RX 泳道 3 （+）
30	RSVD	保留	RX3_N	RX 车道 3 （-）
31	PRSNT#2	热插拔检测	接地	地
32	接地	地	RSVD	保留

 

8x 通道

针#	B 面名称	功能	A 面名称	功能
33	TX4_P	TX 车道 4 （+）	RSVD	保留
34	TX4_N	德克萨斯州 4 车道 （-）	接地	地
35	接地	地	RX4_P	RX 泳道 4 （+）
36	接地	地	RX4_N	RX 泳道 4 （-）
37	TX5_P	TX 车道 5 （+）	接地	地
38	TX5_N	TX 车道 5 （-）	接地	地
39	接地	地	RX5_P	RX 泳道 5 （+）
40	接地	地	RX5_N	RX 车道 5 （-）
41	TX6_P	TX 车道 6 （+）	接地	地
42	TX6_N	德克萨斯州 6 车道 （-）	接地	地
43	接地	地	RX6_P	RX 泳道 6 （+）
44	接地	地	RX6_N	RX 车道 6 （-）
45	TX7_P	TX 车道 7 （+）	接地	地
46	TX7_N	德克萨斯州 7 车道 （-）	接地	地
47	接地	地	RX7_P	RX 泳道 7 （+）
48	PRSNT#2	热插拔检测	RX7_N	RX 车道 7 （-）
49	接地	地	接地	地

 

16x 通道

针#	B 面名称	功能	A 面名称	功能
50	TX8_P	TX 车道 8 （+）	RSVD	保留
51	TX8_N	德克萨斯州 8 号车道 （-）	接地	地
52	接地	地	RX8_P	RX 泳道 8 （+）
53	接地	地	RX8_N	RX 车道 8 （-）
54	TX9_P	TX 车道 9 （+）	接地	地
55	TX9_N	德克萨斯州 9 号车道 （-）	接地	地
56	接地	地	RX9_P	RX 泳道 9 （+）
57	接地	地	RX9_N	RX 9 车道 （-）
58	TX10_P	TX 车道 10 （+）	接地	地
59	TX10_N	德克萨斯州 10 号车道 （-）	接地	地
60	接地	地	RX10_P	RX 泳道 10 （+）
61	接地	地	RX10_N	RX 10 泳道 （-）
62	TX11_P	TX 车道 11 （+）	接地	地
63	TX11_N	德克萨斯州 11 号车道 （-）	接地	地
64	接地	地	RX11_P	RX 泳道 11 （+）
65	接地	地	RX11_N	RX 11 车道 （-）
66	TX12_P	德克萨斯州车道 12 （+）	接地	地
67	TX12_N	德克萨斯州 12 巷 （-）	接地	地
68	接地	地	RX12_P	RX 泳道 12 （+）
69	接地	地	RX12_N	RX 12 车道 （-）
70	TX13_P	德克萨斯州车道 13 （+）	接地	地
71	TX13_N	德克萨斯州 13 号车道 （-）	接地	地
72	接地	地	RX13_P	RX 泳道 13 （+）
73	接地	地	RX13_N	RX 13 车道 （-）
74	TX14_P	TX 车道 14 （+）	接地	地
75	TX14_N	德克萨斯州 14 号车道 （-）	接地	地
76	接地	地	RX14_P	RX 车道 14 （+）
77	接地	地	RX14_N	RX 14 车道 （-）
78	TX15_P	德克萨斯州车道 15 （+）	接地	地
79	TX15_N	德克萨斯州 15 号车道 （-）	接地	地
80	接地	地	RX15_P	RX 泳道 15 （+）
81	PRSNT#2	热插拔存在检测	RX15_N	RX 15 车道 （-）
82	RSVD#2	热插拔检测	接地	地

 

有一些关键点需要注意。两个电源轨分别为 12 V 和 3.3 V;这些通常由卡提供，因此 PCIe 卡通常不携带这些电压的稳压器。电源稳压器可根据需要包含在 PCIe 卡上。隔离式 DC-DC 转换器在 PCIe 卡上很少见，但以太网供电 （PoE） 等特定用例除外，这需要在 PCIe 卡上产生 54 V 电压。

PCIe 附加卡板尺寸

整个电路板尺寸（不包括边缘卡引脚的区域）由 PCIe 标准定义。电路板尺寸不取决于通道数，而是与沿卡边缘的面板尺寸有关。下表中的值是允许的最大值。

全长	（长 x 高 x 宽）= 312 x 111.15 x 20.32 （毫米）
3/4 长度	（长 x 高 x 宽）= 312 x 111.15 x 20.32 （毫米）
半长	（长 x 高 x 宽）= 167.65 x 111.15 x 20.32 （毫米）
低调	（长 x 高 x 宽） = 167.65 x 68.9 x 20.32 （毫米）

 

下图显示了 L 和 H 尺寸。请注意，W 尺寸是 PCB 的 z 轴轮廓，包括其组件

低调卡和标准配置文件卡可以通过其面板来区分。这些卡使用相同的连接器和引脚布局，但它们设计有不同的支架/面板组件，如下图所示。

一种常见的外形尺寸是 8 通道卡，它在 A 侧和 B 侧都有 89 个引脚。设计人员应注意，每个 RX 和 TX 通道都与接地引错，以保持差分阻抗并最大限度地减少 PCIe 通道之间的串扰。

PCIe 侧边卡布局指南

PCIe 边缘卡的功能与其他高速 PCB 类似。它们的标准厚度通常为 62 mil。设计人员可以混合和匹配材料以创建堆叠，并包括电源和接地层。PCIe 通道在从主板上的边缘连接器过渡到卡区域时遵循标准路由。

布线到边缘连接器：新一代 PCIe 连接器最好是 SMD 连接器，因为这可以消除通常出现在通孔引脚上的短线。通常，如果需要高可靠性连接，可以使用通孔版本，但在背面层进行布线，以消除任何短截线。这将有助于确保过渡到 PCIe 边缘卡期间的信号完整性。

零部件禁止区域：在连接器的顶部边缘定义禁止区域。此区域可以包含跟踪，但应避免使用组件。通常，耦合电容放置在键控区域附近，其他元件位于其上方。但是，在信号到达 PCIe 边缘连接器之前，可以在主板/主板设计上放置耦合电容器。

边缘间隙规则：定义电路板边缘间隙规则，通常约为 10 mils。可能需要在键控区域附近增加间隙，并设置电路板边缘禁止布线（见上文），以防止铜沿电路板边缘暴露，从而降低短路风险。在此区域保持较大的间隙可以考虑沿卡边缘可能出现的任何机械损坏。

接地：PCIe 卡的接地策略通常是将所有组件放在一个系统接地上，并为卡面板提供单独的机箱接地。PCIe 卡的一个常见应用是作为网络（铜缆或光纤）的附加卡。对于有线以太网连接，环周围需要机箱接地，以便将 RJ45 连接器块上的护罩接地。

其他应用程序可能还需要机箱接地。通常，由于面板直接连接到设备外壳，因此与机箱接地相连，而 PCB 上的其余组件将位于均匀的接地平面上。

PCIe 插卡模板示例

下面显示的 PCIe 侧边卡模板的大小适合标准边缘连接器中的 8 个通道。卡的大小低于 PCIe 标准中定义的最大尺寸，因此您可以根据需要更改卡大小。随意下载此 Edge Card 模板并在您自己的项目中使用它。

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