淺談阻抗匹配（四）—傳輸線的具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在研究傳輸線匹配之前，我們必須先了解下傳輸線的具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

一：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

我們常說(shuō)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就是指點(diǎn)和線之間的關(guān)系圖，描述了芯片之間的連接關(guān)系。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的種類有很多，其中最常見(jiàn)的信號(hào)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分為兩大類：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。

1.點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較好理解，也就是一對(duì)一拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即該總線拓?fù)渲辉趦蓚€(gè)芯片之間連接。

圖1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性容易控制，時(shí)序關(guān)系也容易控制，常見(jiàn)于高速雙向傳輸信號(hào)線；常在源端加串行匹配電阻來(lái)防止源端的二次反射。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式是指每個(gè)輸出僅驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載，這是信號(hào)的理想驅(qū)動(dòng)方式。系統(tǒng)中的各種信號(hào)（特別是高速信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)）應(yīng)盡可能采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式。端接方式靈活，可以根據(jù)信號(hào)要求、單板布線情況， 驅(qū)動(dòng)器件等具體情況，使用源端匹配和終端匹配，信號(hào)傳輸質(zhì)量可以得到保障。

2.點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指一條總線從一個(gè)芯片連接到多個(gè)芯片的結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)有： 菊花鏈、Flyby、星型、遠(yuǎn)端簇型、T形拓?fù)?/strong> 。

1）菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

菊花鏈一詞最基本的概念是指一種由許多菊花串接在一起形成的花環(huán)，早期也叫手牽手鏈接方式。

圖2：菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

菊花鏈結(jié)構(gòu)，對(duì)于菊花鏈布線，布線從驅(qū)動(dòng)端開(kāi)始，依次到達(dá)各接收端。如果使用串聯(lián)電阻來(lái)改變信號(hào)特性，串聯(lián)電阻的位置應(yīng)該緊靠驅(qū)動(dòng)端。在控制走線的高次諧波干擾方面，菊花鏈走線效果最好。

但這種走線方式布通率最低，不容易100%布通。實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們是使菊花鏈布線中分支長(zhǎng)度盡可能短，安全的長(zhǎng)度值應(yīng)該是：Stub Delay <= Trt *0.1.（結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，阻抗特性容易控制， 比較適合高速率雙向傳輸，控制Stub 長(zhǎng)度，終端匹配，總線中同類線要采用相同拓?fù)洌?/p>

例如，高速TTL電路中的分支端長(zhǎng)度應(yīng)小于1.5英寸。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)占用的布線空間較小并可用單一電阻匹配終結(jié)。但是這種走線結(jié)構(gòu)使得在不同的信號(hào)接收端信號(hào)的接收是不同步的。該結(jié)構(gòu)的阻抗匹配常在終端做，用戴維南端接比較合適。

2）Flyby拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

DDR3常用的Flyby結(jié)構(gòu)其實(shí)是由菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)展而來(lái)。菊花鏈中的Stub足夠短就是Flyby。常用在DDR3、DDR4、DDR5中。

圖3：Flyby拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3）星形拓?fù)?/strong>

圖4：星形拓?fù)?/p>

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如上圖所示，該總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下PCB布線比較復(fù)雜， 阻抗不容易控制 ，但是PCB布線 時(shí)序比較容易控制 ，只要控制從驅(qū)動(dòng)端Driver到各個(gè)接收端Receiver的布線長(zhǎng)度一致即可。星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要特別在Receiver端做好信號(hào)匹配設(shè)計(jì)、消除終端反射。

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以有效地避免時(shí)鐘信號(hào)不同步問(wèn)題， 其缺點(diǎn)是每條分支上都需要終端電阻。終端電阻的阻值應(yīng)和連線的特征阻抗相匹配。這可通過(guò)手工計(jì)算， 也可通過(guò)CAD工具計(jì)算出特征阻抗值和終端匹配電阻值。當(dāng)系統(tǒng)的不同信號(hào)接收端信號(hào)的接收要求是同步時(shí)， 星形拓?fù)涫亲詈线m的。

4）遠(yuǎn)端簇型

圖4：遠(yuǎn)端簇型拓?fù)?/p>

遠(yuǎn)端簇型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又稱為遠(yuǎn)端星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)際上是星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個(gè)改進(jìn)，只需要在分支節(jié)點(diǎn)處終端匹配即可。但需要各個(gè)接收端到分支點(diǎn)的距離盡可能近，分支過(guò)長(zhǎng)會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)質(zhì)量。

如果多個(gè) 負(fù)載之間的距離較近 ，可通過(guò)一條傳輸線與驅(qū)動(dòng)端連接，負(fù)載都位于這條傳輸線的終端，這時(shí)只需要一個(gè)端接電路。如采用 串行端接 ，則在傳輸線源端按照阻抗匹配原則加入一串行電阻即可；如采用 并行短接 ，則短接應(yīng)置于離源端距離最遠(yuǎn)的負(fù)載處，同時(shí)，線網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先采用菊花鏈的連接方式。（串始并末）

遠(yuǎn)端分支拓?fù)?，各個(gè)分支長(zhǎng)度很短，可以當(dāng)作一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串聯(lián)端接匹配；如果 多個(gè)負(fù)載之間的距離較遠(yuǎn) ，需要通過(guò)多條傳輸線與驅(qū)動(dòng)端連接，這時(shí)每個(gè)負(fù)載都需要一個(gè)端接電路。如采用串行端接，則在傳輸線源端每條傳輸線上均加入一個(gè)串聯(lián)電阻；如采用并行端接（以簡(jiǎn)單并行端接為例），則端接應(yīng)置于離源端距離最遠(yuǎn)的負(fù)載處，同時(shí)，線網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先采用菊花鏈的連接方式，如下圖所示。

5)**T形拓?fù)?**

T形拓?fù)溆址Q為樹(shù)形拓?fù)?，是一種對(duì)稱型的遠(yuǎn)端簇型對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

圖5：T形拓?fù)?/p>

T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于多負(fù)載，單向驅(qū)動(dòng)的總線結(jié)構(gòu)，如地址、控制等。但那時(shí)當(dāng)布線不對(duì)稱時(shí)，信號(hào)質(zhì)量有很大影響，DDR2地址信號(hào)就是采用此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。希望每個(gè)T點(diǎn)分支長(zhǎng)度是小于總線長(zhǎng)度的1/3到1/5，希望STUB的長(zhǎng)度越小越好。

** 經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)信號(hào)速率400M一下時(shí)可以考慮T形，星形結(jié)構(gòu)，400-800M時(shí)使用菊花鏈，800M以上采用Fly-by結(jié)構(gòu)。**