PCB走線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其適用場(chǎng)合

Kivy · 發(fā)表于 2017-9-7 15:26:48

解決傳輸線效應(yīng)的另一個(gè)方法是選擇正確的布線路徑和終端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。走線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指一根網(wǎng)線的布線順序及布線結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用高速邏輯器件時(shí)，除非走線分支長(zhǎng)度保持很短.否則邊沿快速變化的信號(hào)將被信號(hào)主干走線上的分支走線所扭曲。通常情形下，PCB走線常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有：
（1）點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，單一驅(qū)動(dòng)器、單一接收器。只要在驅(qū)動(dòng)端或接收端進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ�，便可以得到較好的信號(hào)完整性。
（2）菊花鏈拓?fù)溆米疃痰幕ミB傳輸線把所有的緩沖器連接起來，但是每個(gè)緩沖器最多只能通過兩段傳輸線連接到另外的兩個(gè)緩沖器，從主驅(qū)動(dòng)器開始，然后通過傳輸線連接到與主驅(qū)動(dòng)器最近的緩沖器上，然后查找與該緩沖器最近的未連接緩沖器，將兩者用傳輸線連接起來，然后再以剛加入連接的緩沖器為基準(zhǔn)，再次查找最近的未連接緩沖器進(jìn)行連接，依此類推，直至完成所有的緩沖器連接，連接完成后，從主驅(qū)動(dòng)器開始，所有的緩沖器連接成鏈狀。
（4）星形拓?fù)鋸闹黩?qū)動(dòng)器開始，一個(gè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)多個(gè)信號(hào)接收器，并要求多個(gè)信號(hào)接收器同時(shí)接收信號(hào)時(shí)，每個(gè)分支的接收端負(fù)載和走線長(zhǎng)度盡量保持一致，每條分支上一般都需要終端電阻，終端電阻的阻值應(yīng)和連線的特征阻抗相匹配。這樣即使在邊沿速率非�？斓那闆r下仍可以得到很好的性能。星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以有效地避免時(shí)鐘信號(hào)的不同步問題。
（5）遠(yuǎn)端簇形與星形很相似，不同之處在于最后一個(gè)連入驅(qū)動(dòng)器菊花鏈的那個(gè)驅(qū)動(dòng)器通過一段較長(zhǎng)的傳輸線連接到一個(gè)“T”形節(jié)點(diǎn)上，然后所有的接收器也都通過傳輸線連接到這個(gè)“T”節(jié)點(diǎn)上，所有的接收器都簇籠在一起。分支是靠近接收端。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，也要限制遠(yuǎn)端分支的長(zhǎng)度，使分支上的傳輸延時(shí)小于信號(hào)的上升或下降時(shí)間。
（6）周期性負(fù)載
周期性負(fù)載的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，要求每段分支的長(zhǎng)度足夠小，使分支上的傳輸延時(shí)小于信號(hào)的上升或下降時(shí)間。這種主干傳輸線和所有的分支段組合起來的結(jié)構(gòu)可以被看做一段新的傳輸線，其特征阻抗要比原來主干傳輸線的特征阻抗小，傳輸速率也比原來的低，因此在進(jìn)行阻抗匹配時(shí)要注意。

網(wǎng)絡(luò)連接究竟應(yīng)該采用哪種拓?fù)湫问�，在很大程度上是由電路的要求決定的，然后才是布局、布線的方便性。
（1）點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)溥@種拓?fù)涫亲詈?jiǎn)單的，布局布線上都很容易實(shí)現(xiàn)，易于實(shí)現(xiàn)阻抗控制。普通低速網(wǎng)絡(luò)是否能采用點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)�，完全看電路的需求；而高速和超高速的互連，很多情況下必需要求點(diǎn)到點(diǎn)的互連，如高速串行信號(hào)的互連，以最小化阻抗不連續(xù)帶來的影響；精確定時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)也不允許有分叉存在，因?yàn)榉植鎺淼淖杩共贿B續(xù)會(huì)引起附加抖動(dòng)。
（2）菊花鏈拓?fù)湟话愣�，�?duì)于多負(fù)載的總線系統(tǒng)常采用菊花鏈拓?fù)洌⒃谧钸h(yuǎn)端的負(fù)載處進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕K結(jié)。
菊花鏈走線的優(yōu)點(diǎn)：
占用的布線空間較小并可用單一電阻匹配終結(jié)；易于進(jìn)行阻抗控制，端接簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)的布線長(zhǎng)度短，布線較為方便，只要各個(gè)接收器在接收信號(hào)時(shí)間上的差別在允許的范圍內(nèi)就可以采用菊花鏈拓?fù)溥M(jìn)行布線。對(duì)于菊花鏈布線，布線從驅(qū)動(dòng)端開始，依次到達(dá)各接收端。如果使用串聯(lián)電阻來改變信號(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。
在控制走線的高次諧波干擾方面，效果較好.
菊花鏈走線的缺點(diǎn)：
布通率低，不容易100％布通；
不同的信號(hào)接收端，信號(hào)的接收是不同步的。
（3）星形拓?fù)湫切瓮負(fù)湟彩且环N常用的多負(fù)載布線拓?fù)�，�?qū)動(dòng)器位于星形的中央，呈輻射狀與多個(gè)負(fù)載相連，星形拓?fù)淇梢杂行П苊庑盘?hào)在多個(gè)負(fù)載上的不同步問題，可以讓負(fù)載上收到的信號(hào)完全同步。星形拓?fù)涞膯栴}在于需要對(duì)每個(gè)支路分別終端端接，使用器件多，而且驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載大，必需驅(qū)動(dòng)器有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)能力才能使用星形拓?fù)洌绻?qū)動(dòng)能力不夠，需要加緩沖器。為了降低功耗和緩解驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載壓力，可以采用RC 終端端接，但這種端接方式更加復(fù)雜，而且只能用于時(shí)鐘信號(hào)。星形拓?fù)湟话阍跁r(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)或?qū)π盘?hào)同步要求高的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，其共同點(diǎn)就是要求各接收器在同一時(shí)刻收到驅(qū)動(dòng)端發(fā)來的信號(hào)，星形拓?fù)涞牟季€難度比菊花鏈拓?fù)涞囊�，占用空間也大。實(shí)際的星形拓?fù)鋾?huì)存在端接傳輸線分支，驅(qū)動(dòng)器與公共節(jié)點(diǎn)間存在傳輸線分支，這些都會(huì)劣化信號(hào)，所以在完成星形拓?fù)湟话阈枰胺抡婧秃蠓抡�，以保證信號(hào)的完整性。布線從驅(qū)動(dòng)端開始，平行到達(dá)各接受端，可以有效的避免時(shí)鐘信號(hào)的不同步問題。
（4）遠(yuǎn)端簇形拓?fù)鋵?shí)際上是星形拓?fù)涞囊粋€(gè)改進(jìn)，它將星形拓?fù)渲形挥谠炊说姆种Ч?jié)點(diǎn)移動(dòng)到與接收器最近的遠(yuǎn)端，即滿足了各個(gè)接收器上接收信號(hào)的同步問題，又解決了阻抗匹配復(fù)雜和驅(qū)動(dòng)器負(fù)載重的問題，因?yàn)檫h(yuǎn)端簇形拓?fù)渲恍枰诜种Ч?jié)點(diǎn)處終端匹配就可以了。遠(yuǎn)端簇形拓?fù)湟蟾鱾€(gè)接收器到分支點(diǎn)的距離要盡量近，分支線長(zhǎng)了會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)的質(zhì)量，如果各個(gè)接收器芯片在空間上不能擺放在一起，那么就不能采用遠(yuǎn)端簇形拓?fù)洹Ｍ瑯�，一般需要前仿真和后仿真，以保證信號(hào)的完整性。
總之，我們?cè)谶M(jìn)行拓?fù)湓O(shè)計(jì)時(shí)，可以在以上經(jīng)典的拓?fù)浠A(chǔ)上靈活運(yùn)用，沒有定式，一個(gè)大的原則就是保證信號(hào)質(zhì)量，武器就是利用SI軟件進(jìn)行拓?fù)涞姆治龊头抡�。在�?shí)際的pcb設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于關(guān)鍵信號(hào)，應(yīng)通過信號(hào)完整性分析來決定采用哪一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。