一、简介

PCI-E是什么呢？
简而言之，PCI-E是英特尔在2001年提出的一种取代以前的PCI、AGP的计算机内部互联总线标准。特点是串行（以前的ISA、PCI、AGP等都是并行的），并且支持1到32条通道（然而常见的最长的就是显卡上最常用的X16），速度见下表。

由于PCI-E传输的信号是差分信号，所以这里有必要讲解一下差分线的定义：
相位信号和单端信号对比：传统的单端信号通过相对于地线的电势差的高低来传递，所以只需要一根地线就可以，传递几路信号只需要相应数量的信号线就可以了；而差分信号使用一根公共地线（电势为0），传输一路信号时，需要两根信号线，一根相对于地线的电压是正的（电势为正），另一根电压为负的（电势为负），绝对值相同（相位相差180度），用两根信号线的电势差高低来传递信号，只不过传递两个信号，假如一根信号线为3.3V，另一根信号线就是-3.3V，地线是0。这种看似浪费线的传输方式其实有很多优势：第一，因为地线是可以控制的，所以不会因为线长带来的压降而导致地线的差异，进而可以降低传输的电压来降低功耗（早期的AGP 2X的工作电压高达5V，而现在的PCI-E已经低于1.5V了）；第二，因为电磁干扰对差分信号两根信号线的影响几乎相同，即使有干扰，高电势依然相对于低电势高，而单端信号则可能因为干扰而将低电势变成高电势，导致传输错误，因此差分信号抗干扰性强。现在，大多数高速串行接口都采用了差分信号，比如USB3.0/3.1、PCI-E、HDMI、以太网等。

二、接口定义

1.PCI-E

插槽

有4种接口尺寸 每种接口的1到11对引脚都是一样的 剩下的是差分数据线和时钟数据线数量不同对应的PCIe尺寸也不一样

引脚功能定义

2.M.2接口

M.2接口有SATA和PCIE两种总线，协议分别是AHCI/NVME,非易失性内存主机控制器接口规范(Non-Volatile Memory express),是一个逻辑设备接口规范。

机械结构

M.2连接器用PIN的缺口位置来表示Key，这个概念用于标明该模组提供支持的接口/协议。目前的规范中有定义的是A、B、E、F、M五种key位，这其中又以B和M两种key位最为常见

典型应用

A-Key：主要应用于无线连接，如WiFi，蓝牙，NFC，Wigig。卡的类型包括1630，2230和3030。
B-Key：主要应用于WWAN，GNSS，SSD。卡的类型包括3042，2230，2242，2260，2280和22110。
E-Key：主要应用于无线连接，如WiFi，蓝牙，NFC，GNSS。卡的类型包括1630，2230和3030。
M-Key：主要应用于支持PCIe或SATA协议的主机界面，通常为SSD。
特别的：M.2的连接器共有三种Socket（Socket1、2、3），因Socket1全部采用焊接方式且仅适用于1216，2226和3026尺寸，故常见M.2设备连接器多为Socket2和Socket3两种。

B-Key的模组，其PIN缺口位于第1219号位，提供对PCIe x2、SATA、USB 3.0、I2C、HSIC等的支持。
M-Key的模组，其PIN缺口位于5966号位，提供对PCIe x4、SATA和SMBus的支持。
M.2 SSD几乎都是“B & M”Key的，也就是有两个缺口。其中，支持SATA或PCIe x2的配置叫做“Socket 2”配置，支持PCIe x4的配置叫做“Socket 3”配置。

引脚功能定义

M.2 PCIE SSD是M-Key

SATA SSD包括B-Key & M-Key

三、设计要点

1.阻抗控制

PCIe规范中给出的差分阻抗为100Ω，单端阻抗为50Ω。但大家一定见过下面这样的描述：
PCI Express link traces must maintain 100Ω differential /60Ω single-ended impedance for 4-layer or 6-layer boards; and 85Ω differential/ 55Ω single-ended impedance for 8-layer or 10-layer boards.

具体解释如下：
因为电路板层数越多，走线离参考平面就越近，阻抗就会越小，因此，为了阻抗匹配，设计的目标阻抗值就应该减小。同时，多层板密度也会增大，线宽会减小，线宽越小阻抗就会越大，传输损耗就会增加，因此，层数越多，走线长度就会要求越短（为了控制传输损耗）。

2.金手指和连接器的注意事项

1. 参考平面的边缘手指垫应予删除，以满足阻抗的目标。
2. 应去掉沿整个长度手指的边缘部分。
3. 这两个痕迹的差分对线路应该成为一个领域的连接器引脚从同一层。
4. 为了满足阻抗目标，在边缘金手指下面的参考平面应该被删除掉。
5. 而且整个金手指下面的参考片面都要完全删除掉。差分对的2个信号应该在同一层上布线连接到连接器的管脚上。

3.其他注意事项

1. 差分对反相满足3W间距，同相满足5W间距。
2. PCI-E差分线的正负两条线长度要满足匹配要求，但是差分线之间的长度并不需要匹配。
3. 极性确保相反。
4. PCI-E并不支持LANE的翻转。
5. PCI-E芯片，尤其是PCIE信号线的PCB反面，应尽量避免走高频信号线，最好全GND地铺铜。
6. 在PCB设计时，应该在PCIE芯片的每对电源管脚附近放置一个0.1uF左右的高频退藕电容，离芯片不能太远。
7. 连接PCIE芯片的电源或者GND走线上的过孔使用大过孔、双过孔或者双回路电源。
8. 将PCIE的PESET#引脚信号的金手指设计与PRSNT1#长度差不多的金手指。
9. 金手指部分不允许铺铜覆盖，要每一层都进行挖铜处理。

四、实物测试

拿个笔记本拆机盘凑合一下(现在拿来当移动硬盘用)
海力士 BC711(OEM版) 512G(几乎满盘)


写入有点逊 可八成是满盘的缘故 对比主板自带接口区别不大
下次有闲置的PCIe4.0的空盘再试试(懒得拆机)

五、其它

1.PCI-E叠层和参考平面

一般的PC主板设计成4层叠层，而服务器，工作站和移动系统主板多使用6层或是更多层的叠层。
插卡可以使用4层或是6层叠层。使用0.5OZ的镀铜微带线和1OZ的铜带状线。
插卡的整体电路板的厚度必须是 0.062inch。移动平台的PCB厚度可以是0.062inch或是0.050inch。
为了尽可能的减少损耗和抖动预算，最重要的考虑因素是设计的目标阻抗，而且要保持阻抗的公差足够小。更厚的介质层和更宽的走线将会减少损耗。微带差分线会比带状差分线产生更大的阻抗变化。
信号对应避免参考平面的不连续，譬如分割和空隙。当信号线变化层时，地信号的过孔应放得靠近信号过孔。对每对信号的建议是至少放 1 到 3 个地信号过孔。还有永远不要让走线跨过平面的分割。

2.关于AC耦合电容

实测速度影响不大(或许是没尝试4.0?) 且PCIe与M.2直接就是直连 没有过芯片 干脆就删掉了
如果想了解一下可以往下看看引用的第6条原文(M.2接口电路设计) 我这里就不赘述了

3.关于M.2接口

一定要买M-Key 不然无法接M.2硬盘
且M-Key在一定程度上可代替B-Key 适用性更广
例如SATA协议的M.2硬盘 不是一定要用B-Key的

另外就是M.2接口可能会比较难焊接 吸锡线应该会有点帮助
上电前记得检查M.2接口是否有虚焊 连锡等

整理自------

1. PCIE总线硬件设计篇
2. PCIE-PCB设计规范！（建议收藏）
3. PCI-E高速PCB布局布线设计指南
4. PCI-E的针脚定义的简单讲解（备忘）
5. PCIx系列之“PCIe总线硬件设计”
6. M.2接口电路设计
7. 基于M.2接口的SATA3协议和PCIE协议的SSD接口定义