PCIe扫盲——PCIe卡Spec（CEM）导读

PCIe扫盲——PCIe卡Spec（CEM）导读

PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）是一种高速串行计算机扩展总线标准，广泛应用于各种计算机系统中。除了基本的PCIe规范（Base Spec）外，还有一个专门针对PCIe卡的规范，称为CEM Spec（PCI Express Card Electromechanical Specification）。本文将重点介绍PCIe卡的CEM Spec相关内容。

PCIe总线除了有Base Spec，还有关于PCIe卡的Spec（又称为CEM Spec，全称为PCI Express Card Electromechanical Specification）。

该Spec主要内容包括：

• 辅助信号（Auxiliary Signals）
• 热插拔（Add-in Card Hot Insertion and Removal）
• 电源传递（Power Delivery）
• PCIe卡电气规范（Add-in Card Electrical Budget）
• 连接器规范（Connector Specification）
• PCIe卡的外形与尺寸规范（Card Form Factors and Implementation）等。

注：除了标准的PCIe Add-in卡之外，还有一种PCIe Riser卡，主要用于将一个PCIe插槽扩展为多个PCIe插槽。如下图所示：

其中关于PCIe卡的热插拔功能，已经在前面的文章中介绍过，这里就不在重复了。本文主要介绍的是辅助信号与电源传递等相关内容。如需了解其他内容，还请阅读相关的CEM Spec或者相关书籍。

注：这里说的辅助信号（Auxiliary Signals）主要是针对于PCIe卡的，而非PCIe的On-Board连接。

PCIe卡的辅助信号主要有：

• REFCLK（Reference Clock，参考时钟），【must be supplied by system】
• PRSNT1# & PRSNT2#（Add-in Card Presence Detect Pins），【Required】
• PERST# 【Required】
• JTAG（调试引脚），【Optional】
• SMBus（System Management Bus，基于I2C的），【Optional】
• WAKE#（用于链路唤醒的功能，一般建议使用），【Optional】
• +3.3V Vaux（3.3V的辅助电源），【Optional】

PCIe卡的REFCLK是一种类LVDS信号（即Low Voltage Swing，Differential Clocks），其单端摆幅为00.7V，时钟频率为100MHz，精度为±300ppm。对于支持扩频时钟（Spread Spectrum Clocking，一种降低系统EMI的手段）的系统，正向综合精度为300ppm+2500ppm=2800ppm。即-300ppm2800ppm。REFCLK的详细DC Spec和AC Timing要求如下表所示：

PCIe卡的各个信号有效状态与PM State的关系图，如以下三张图所示：

WAKE#信号是一种开漏（Open Drain）结构，低电平有效的信号。主要用于唤醒插槽上的主电源和参考时钟等，进而唤醒链路（Links）。需要注意的是，WAKE#信号的电平变换操作与任何系统时钟都是异步的（Asynchronous）。

注：WAKE#和PME#是两码事，WAKE#不可以被直接连接到PME#信号上。PCI-PME#往往会产生中断信号，而WAKE#只是用于唤醒操作，一般并不会直接产生中断。

PCIe卡至少需要有两个电源：+12V和+3.3V，第三个辅助电源+3.3Vaux是可选的。各个电源的基本要求如下：

由于PCIe是一种高速串行总线，因此其链路上的信号线基本上采用的都是交流耦合（AC Coupling），也就是在传输线上加上一个电容，以过滤掉直流和低频信号。PCIe CEM Spec建议，一般将交流耦合的电容放置于发送端，如下图所示：

注：其他的信息（如Jitter，Equalization、Skew、Trace Impedance等电气信息；眼图；连接器与PCIe卡外形；信号完整性基本要求与测试流程等）将不再详细介绍，如需了解，请自行阅读PCIe CEM SPec。

附：PCIe卡的Pinout信息：