本文主要介绍M.2接口的引脚定义、接口电气特性、电源规格、上下电管理、接口AC耦合电容等，以便对M.2接口的电气特性有一个更深入的了解。
1、信号定义
根据不同的应用，分为三种socket和两种非插卡形式的封装（LGA和BGA），S1：A Connectivity Socket，S2：A WWAN/SSD/Other Socket，S3：SSD Drive Socket.
每一种socket包含的引脚定义不一样，对应的Key位也不一样，其中LGA封装的信号定义和socket 1的信号定义一致。
接口 | 信号 | 电源域(V) | |
S1(包含KEY A、E、A-E、Type 2226 ASD、Type 1216 ASD、Type 3026 ADP、Type 3026 ASD) | Power | 3.3V/GND | 3.3 |
WiFi-SDIO | SDIO_CLK SDIO_CMD SDIO_DATA[0:3] SDIO_WAKE# SDIO_RESET# | 1.8 | |
UART | UART_RXD UART_TXD UART RTS UART CTS UART_WAKE# | 1.8 | |
PCM(I2S) | PCM_CLK / I2S_SCK PCM_SYNC / I2S_WS PCM_IN / I2S_SD_IN PCM_OUT / I2S_SD_OUT | 1.8 | |
PCIe | PERp0, PERn0 / PETp0, PETn0 REFCLKP0 / REFCLKN0 PERST0# CLKREQ0# PEWAKE# / OBFF | 3.3 | |
USB | USB D+, USB D- | ||
I2C | ALERT# I2C_CLK I2C_DATA | 1.8 | |
Display Port | DP_HPD DP_MLDIR DP_AUXp/DP_AUXn DP_ML0p/DP_ML0n, DP_ML1p/DP_ML1n, DP_ML2p/DP_ML2n, DP_ML3p/DP_ML3n, | 3.3 | |
Communication Specific Signals | SUSCLK W_DISABLE1# W_DISABLE2# LED_1# LED_2# | 3.3 | |
COEX[1..3] TX_BLANKING SYSCLK | 1.8 | ||
NFC | UICC PWR IN/GPIO1 UICC PWR OUT SWP | 7816 spec | |
S2(包含KEY B、B-M) | Power | 3.3V/GND | 3.3 |
1.8V/GND | 1.8 | ||
Communication Specific Signals | SUSCLK W_DISABLE1# LED_1# (Same as SSD DAS/DSS#) | 3.3 | |
W_DISABLE2# COEX[1..3] | 1.8 | ||
Supplemental Communication Specific Signals | Full_Card_Power_Off# Reset# GPIO[0..11]（可配置为GNSS+Audio version 1、GNSS+Audio version 2、2nd UIM/SIM Support、HSIC Support） ANTCTL[0..3] IPC_{0..7] Audio[0..3] Wake_On_WWAN DPR | 1.8 | |
PCIe | PERp0, PERn0 / PETp0, PETn0 PERp1, PERn1 / PETp1, PETn1 REFCLKP / REFCLKN PERST# CLKREQ# PEWAKE# / OBFF | 3.3 | |
M-PCIe | MPERp0, MPERn0 / MPETp0, MPETn0 MREFCLKP / MREFCLKN | ||
USB | USB D+, USB D- | ||
USB3.0 | USB3.0-Rx+, USB3.0-Rx- USB3.0-Tx+, USB3.0-Tx- | ||
HSIC | HSIC-Data, HSIC-Strobe | 1.2 | |
SSIC | SSIC-RxP, SSIC-RxN SSIC-TxP, SSIC-TxN | ||
SATA | SATA-A+, SATA-A- SATA-B+, SATA-B- DEVSLP DAS/DSS# (same as comm LED1#) | ||
SSD Specific Signals | Reserved for MFG Data/Reserved for MFG Clock | ||
ALERT# SMB_CLK SMB_DATA | 1.8 | ||
User Identity Module (UIM) Signals | SIM Detect | 1.8 | |
UIM_RESET UIM_PWR UIM_CLK UIM_DATA | |||
Module Configuration Pins | CONFIG[0..3] | ||
Modular Vendor Defined Pins | VENDOR_PORT(A, B, C) | ||
S3(包含KEY M) | Power | 3.3V/GND | 3.3 |
PCIe | PERp0, PERn0 / PETp0, PETn0 PERp1, PERn1 / PETp1, PETn1 PERp2, PERn2 / PETp2, PETn2 PERp3, PERn3 / PETp3, PETn3 REFCLKP / REFCLKN PERST# CLKREQ# PEWAKE# / OBFF | 3.3 | |
SATA | SATA-A+, SATA-A- SATA-B+, SATA-B- DEVSLP DAS/DSS# | ||
SSD Specific Signals | SUSCLK LED_1# | 3.3 | |
PEDET Reserved for MFG_DATA Reserved for MFG_CLOCK | |||
ALERT# SMB_CLK SMB_DATA | 1.8 | ||
BGA SSD | Power | 3.3V/GND | 3.3 |
1.8V/GND | 1.8 | ||
1.2V/GND | 1.2 | ||
PCIe | PERp0, PERn0 / PETp0, PETn0 PERp1, PERn1 / PETp1, PETn1 PERp2, PERn2 / PETp2, PETn2 PERp3, PERn3 / PETp3, PETn3 REFCLKP / REFCLKN PERST# CLKREQ# PEWAKE# / OBFF | 1.8（一定要注意区别于通用的PCIe辅助信号，该处为1.8V，常规的PCIe辅助信号为3.3V） | |
SATA | SATA-A+, SATA-A- SATA-B+, SATA-B- DEVSLP DAS/DSS# | ||
SSD Specific Signals | SUSCLK | 1.8 | |
PEDET RFU DNU | |||
SSD Specific Optional Signals | XTAL_IN XTAL_OUT CAL_P RZQ_1, RZQ_2 | ||
JTAG_TRST# JTAG_TCK JTAG_TMS JTAG_TDI JTAG_TDO | 3.3 | ||
SMB_CLK SMB_DATA ALERT# | 1.8 | ||
DIAG0, DIAG1 |
引脚详细分布图本文不再一一给出，可参考规范《PCI Express M.2 Specification Revision 1.1》第三章节，给出了每一种形态的引脚分布图。
2、电气特性
2.1、3.3V逻辑电气特性
3.3V逻辑信号主要包括：PEWAKE#, CLKREQ#, PERST#, 2136 SUSCLK, W_DISABLE#, UART_WAKE, DP_MLDIR, LED#等，BGA SSD中的PCIe辅助信号属于1.8V逻辑。
2.2、1.8V逻辑电气特性
1.8V逻辑信号主要包括：SDIO, UART, I2C, PCM/I2S, SMBus等，BGA SSD中的PCIe辅助信号也是1.8V逻辑。
3、电源管理
3.1、电源要求
电源部分的载流能力是500 mA/pin，常用的Adapter的电源如下：
Type 1630, intended for Socket 1, has two power pins allocated in the pinouts that supports up to 1 A continuous.
Types 2230 and 3030, intended for Socket 1, have four power pins in their pinouts and support up to 2 A continuous.
The Socket 2 board types have five power pins in their pinouts and support up to 2.5 A continuous.
The Socket 3 board types, with a single Add-in Card Key, have nine power pins but support up to 2.5 A continuous.
The four extra power pins enable reduced IR drop for these devices.
主电源的要求如下表所示：
备用电池的要求如下表所示：
不同Adapter的功耗不一样，根据key位的不同，详见下表：
3.2、BGA SSDs上下电时序
BGA封装的SSD，由于有三种电源，因此对电源上下电时序、斜率均有要求，上电时序要求如下：
After the voltage on the 1.8 V supply or the voltage on the 1.2 V supply reach 300 mV, the voltage on the 1.8 V supply should remain greater than the voltage on the 1.2 V supply by at least 200 mV.
The voltage on the 3.3 V supply has no timing relationship relative to the voltage on the 1.2 V supply or the voltage on the 1.8 V supply.
下电时序要求如下：
Before the voltage on the 1.2 V supply and the voltage on the 1.8 V supply reach 300 mV, the voltage on the 1.8 V supply should remain greater than voltage on the 1.2 V supply by 200 mV.
After both the voltage on the 1.8 V supply and the voltage on the 1.2 V supply are below 300 mV, there is no specified relationship between them.
The voltage on the 3.3 V supply has no timing relationship relative to the voltage on the 1.2 V supply or the voltage on the 1.8 V supply.
The voltage on all supplies must remain below 100 mV for at least 1 ms before the power-on sequence is restarted.
针对上电斜率也有要求，过快或过慢均会有一些不可预知的影响，具体要求如下表所示：
4、AC耦合电容
M.2接口包含了PCIe、USB3.1、SATA等高速串行接口，因此在链路中就会用到AC耦合电容，下面就针对AC耦合电容的容值、位置等进行详细介绍。
4.1、AC耦合电容的容值
每一种高速串行接口的速率、协议、编码格式等都不一样，导致其对传输链路的要求的不一样，导致AC耦合电容的容值也不一样，三种高速串行接口对AC耦合电容的容值要求如下：
4.2、AC耦合电容的位置
三种高速串行接口对AC耦合电容在链路上的位置也不一样，其中PCIe和USB3.1类似，根据之前的文章《PCIx系列之“PCIe总线AC耦合及信号调整”》可知，如果是两块板连接时，要放在发送的那块板上。如果发送接收在同一块板上，那么就随意吧，但最好靠近一端。
而SATA规范要求AC耦合电容放置在Add-in Card上。
4.2.1、PCIe/USB接口AC耦合电容位置
针对Pluggable Add-in Card，AC耦合电容放置在发送端，如下图所示：
针对LGA封装的情况，即使不属于Pluggable Add-in Card，也采取和Pluggable Add-in Card类似的位置放置，如下图所示：
针对BGA封装的情况，即使不属于Pluggable Add-in Card，也采取和Pluggable Add-in Card类似的位置放置（类似于在Pluggable Add-in Card上面的BGA封装的器件），如下图所示：
针对All-On-Same-Board的情况，AC耦合电容放置在信号路径上的任何位置均可，如下图所示：
4.2.2、SATA接口AC耦合电容位置
SATA规范要求AC耦合电容放置在Add-in Card上，具体如下图所示：
针对BGA封装的情况，即使不属于Add-in Card，也采取和Add-in Card类似的位置放置（类似于在Add-in Card上面的BGA封装的器件），如下图所示：
由于PCIe和SATA的AC耦合电容方案不同，系统板设计过程中可以设计成PCIe和SATA均支持的兼容形式，具体如下表所示：
以上就是针对M.2接口的电气特性介绍，主要针对引脚定义、电器特性要求、电源、AC耦合电容进行介绍，希望能对M.2有一个深入的了解。
