MEMORY系列之“M.2接口机械特性介绍”

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本文主要介绍M.2接口的机械特性，包括M.2 Adapter的分类及尺寸、命名规则、Key位置、PCB Connector等，使大家对M.2接口有一个初略的了解。后续会针对信号定义、电气特性等进行介绍。


M.2接口，最初叫做NGFF，全名是Next Generation Form Factor的缩写，是一个PCI-SIG协会公布的标准。最新标准为PCI Express M.2 Specification Rev1.1，于2016年12月9号公布的1.1版本。

M.2家族的设计目的是要在同一个连接器上支持多种模组/卡（Rev1.1统称为Adapter），包括：WiFi、Bluetooth、Global Navigation Satellite Systems(GNSS)全球卫星导航系统、Near Field Communication(NFC)近距离无线通信、WiGig（Wireless Gigabit，无线千兆比特，一种更快的短距离无线技术）、WWAN（Wireless Wide Area Network无线广域网，2G/3G/4G）、SSD（Solid-State Storage Devices固态硬盘）、Other&Future Solutions(e.g.Hybrid Digital Radio(HDR)别的将来的方案，例如混合数字广播。

M.2家族将覆盖多主机接口方案。包括：PCIe, PCIeLP, HSIC, SSIC, USB, SDIO, UART, PCM, I2S, I2C, SATA, DisplayPort, and future variants of the above.


1、M.2 Adapter分类及尺寸

M.2规范1.1版共定义了15种尺寸的模组/卡：

  • Type1216宽度12，长度16，非插卡形式，LGA封装。

  • Type1620宽度16，长度20，非插卡形式，BGA封装。

  • Type1630宽度16.5，长度30，key位E。

  • Type2024宽度20，长度24，非插卡形式，BGA封装。

  • Type2226宽度22，长度26，非插卡形式，LGA封装。

  • Type2228宽度22，长度28，非插卡形式，BGA封装。

  • Type2230宽度22，长度30，key位E。

  • Type2242宽度22，长度42，key位B和M。

  • Type2260宽度22，长度60，key位M。

  • Type2280宽度22，长度80，key位B和M。

  • Type2828宽度28，长度28，非插卡形式，BGA封装。

  • Type3026宽度30，长度26，非插卡形式，LGA封装。

  • Type3030宽度30，长度30，key位A。

  • Type3042宽度30，长度42，key位B。

  • Type22110宽度22，长度110，key位B和M。


插卡形式的PCB板厚为0.8±0.08mm，其正面和背面的版图如下所示：


2、Adapter命名规则

M.2 Adapter的形式多种多样，其名称主要包含了模块宽度、长度、元器件高度限制（正面和背面）、Key位等信息，命名规则如下：

 



3、Add-in Card Keying

根据类型和用途不同，它有A/B/C/D/E/F/G/H/J/K/L/M规范之分，其Key位占金手指的具体位置如下表所示：


 

Key ID

Pin Location

Key Definition

A

8-15

Display Port Based Connectivity

B

12-19

WWAN/SSD/Others Primary Key

C

16-23

WWAN Key

D

20-27

Reserved for Future Use

E

24-31

SDIO Based Connectivity

F

28-35

Future Memory Interface

G

39-46

Generic (Not used for M.2)

H

43-50

Reserved for Future Use

J

47-54

Reserved for Future Use

K

51-58

Reserved for Future Use

L

55-62

Reserved for Future Use

M

59-66

SSD 4 Lane PCIe

  • A key的典型应用：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。具备PCIe x2、NFC、Display Port和USB 2.0通道等。

  • B key的典型应用：主要应用于WWAN+GNSS，或SSD硬盘，卡的类型包括3042,2230,2242,2260,2280and22110。具备SIM卡、音频、PCIe 2.0、SATA及USB 3.0通道复用通道等。

  • E key的典型应用：主要应用于连接器主要应用于无线连接，如WiFi、蓝牙、NFC or GNSS。卡的类型包括1630，2230和3030。具备PCIe x2、NFC、SDIO、PCM、USB 2.0通道等。

  • M key的典型应用：主要应用于连接器主要应用支持PCIe或者SATA（或SSD）协议的主机界面。PCIe通道接口达到4个。具备PCIe x4及SATA复用通道。





4、M.2 Connector

M.2连接器的主要特点：

  • 0.5mm pitch、67pin（一共是75pin的位置，但有8pin是Key位），支持更高的速率。

  • 相对Mini PCIe节约20%的PCB空间，节省15%连接器高度。

  • 支持PCI Express3.0、USB3.0和SATA3.0三种当前主流的标准。


根据不同的应用，M.2分为三种socket：

  • S1：A Connectivity Socket (typically WiFi, BT, NFC or WiGig) designated as Socket 1. 

  • S2：A WWAN/SSD/Other Socket that will support various WWAN+GNSS solutions, various SSD and SSD Cache configurations and potentially other yet undefined solutions designated as Socket 2. 

  • S3：SSD Drive Socket with SATA or up to 4 lanes of PCIe designated as Socket 3.


针对三种socket，由于Adapter的高度限制不一样，PCB板的连接器分为如下几类：

  • M1.8 – Mid-mount (1.80 mm Max height (Ht.)) – For very low profile Platforms

  • H2.3 – Top-side – Single-sided (2.25 mm Max Ht.) Connector

  • H2.5 – Top-side – Single-sided (2.45 mm Max Ht.) Connector

  • H2.8 – Top-side – Double-sided (2.75 mm Max Ht.) Connector

  • H3.2 – Top-side – Double-sided (3.20 mm Max Ht.) Connector

  • H4.2 – Top-side – Double-sided (4.20 mm Max Ht.) Connector





以上就是针对M.2 Adapter的分类及尺寸、命名规则、Key位置、PCB Connector等的介绍，详细可参考规范《PCI Express M.2 Specification Revision 1.1》第二章节。