PCB中用(yòng)于電(diàn)源，数据和外围设备的路由拓扑

2021-04-17

PCB中用(yòng)于電(diàn)源，数据和外围设备的路由拓扑

如果您是刚开始使用(yòng)DDR等高级接口的新(xīn)设计师，或者正在路由第一个总線(xiàn)协议，那么了解有(yǒu)关PCB路由拓扑的一些基础知识很(hěn)重要。设计配電(diàn)也很(hěn)重要，配電(diàn)可(kě)以拥有(yǒu)自己的路由协议，用(yòng)于電(diàn)源总線(xiàn)，電(diàn)路板之间的连接以及确保系统中的接地。 

PCB中的常见路由拓扑

整个PCB使用(yòng)几种常见的路由拓扑来路由電(diàn)源，数字数据，甚至某些特殊的模拟系统。一些高级拓扑用(yòng)于计算机外围设备，例如内存。PCB中的常见路由拓扑与其网络拓扑类似物(wù)具有(yǒu)相同的名称，因此熟悉这些领域会有(yǒu)所帮助。与网络不同，在PCB设计中实现路由拓扑配置的目标不仅限于组件之间的数据传输。電(diàn)源也以确定的拓扑结构“绕过”系统，并且出于各种原因可(kě)能(néng)会选择不同的拓扑结构。

下图总结了常见的网络拓扑，其中一些拓扑可(kě)用(yòng)于PCB设计的各个领域。

此图像中的每个框都可(kě)以是板上的单个组件，也可(kě)以是包含多(duō)个组件的板上的電(diàn)路块，也可(kě)以是多(duō)板系统中的单个板。当我们放大到更高的抽象级别时，我们开始看到这些拓扑如何开始类似于标准网络拓扑。在细粒度的层次上，我们正在研究各个组件，但其中只有(yǒu)部分(fēn)拓扑在板级层次上是实用(yòng)的。下表总结了如何在PCB上或在多(duō)个板之间的系统级实现这些各种拓扑。

这里有(yǒu)一些注释是有(yǒu)用(yòng)的，因為(wèi)它显示了每种拓扑可(kě)能(néng)在何处有(yǒu)用(yòng)以及它们如何实际用(yòng)于系统的不同部分(fēn)。

星形布線(xiàn)可(kě)用(yòng)于提供 到单个点的多(duō)个 接地连接，以进行配電(diàn)。如下面的BGA图像所示，星形拓扑还与高速PCB中的系统时钟一起使用(yòng)。信号源自单个点，并根据需要路由到板上的不同组件。请注意，术语“源单点”和“星形”是同一拓扑的两个不同名称。与星形拓扑的區(qū)别在于，此源点位于下游组件的中心。

树形路由（或多(duō)点）适用(yòng)于同一概念，适用(yòng)于层次结构中的多(duō)个“星形”，其中多(duō)个電(diàn)源轨从单个点断开，然后发送到不同的電(diàn)路块或设备。另一个变體(tǐ)是源多(duō)点拓扑，其中单个電(diàn)源轨用(yòng)作总線(xiàn)，并向下游電(diàn)路块供電(diàn)。

上表中拓扑的某些变體(tǐ)用(yòng)于更高级的数字协议。两个重要的示例是DDR2和更高版本以及PCIe。

内存和计算机外围设备的路由拓扑

当涉及内存模块及其与处理(lǐ)器的接口时，更复杂的拓扑结构的组合将主板内的设备连接在一起。简单的点对点拓扑也可(kě)用(yòng)于PCIe等高级协议。让我们看一下这些示例，它们说明了标准路由拓扑如何适应高级信令标准。

T形拓扑

T拓扑用(yòng)于DDR2和不高级的DDR3版本中。这是树和点对点网络路由拓扑的组合。命令，时钟和地址跟踪在树型网络中进行路由，而数据線(xiàn)则直接通过处理(lǐ)器以点对点的方式进行路由。尽管此拓扑结构可(kě)用(yòng)于利用(yòng)更高的数据速率，但可(kě)用(yòng)的内存模块数量和数据传输速率受電(diàn)容性负载的限制。

飞越拓扑

较新(xīn)的DDR内存模块使用(yòng)飞越式拓扑。DD3和DDR4中使用(yòng)的主要拓扑表示点对点网络和总線(xiàn)网络之间的组合。電(diàn)源/接地，命令，时钟和地址信号在总線(xiàn)上路由到每个DRAM / SDRAM，然后使用(yòng)差分(fēn)对将它们路由到处理(lǐ)器 。与DDR2和更早的内存相比，这是一个重大升级。与T拓扑相比，飞越拓扑支持以更高的数据速率运行，同时减少了从处理(lǐ)器传输到内存模块的重载信号之间的时序偏差。

较新(xīn)的内存架构，例如Intel的具有(yǒu)3D Xpoint的NAND闪存，在封装内部具有(yǒu)内部交叉开关型拓扑。尽管如此，制造商(shāng)仍将建议使用(yòng)点对点拓扑结构在PCB上进行实际布局。但是，星形和T型拓扑也可(kě)以与NAND闪存封装一起使用(yòng)。将点对点拓扑与NAND闪存封装一起使用(yòng)非常简单，可(kě)以使用(yòng)低成本的四层堆叠。在这种情况下，地面和電(diàn)源放在内部层上，信号在表面层上传送。

PCIe的点对点路由

PCIe是双向串行协议，在外围设备之间使用(yòng)点对点路由拓扑，其中组件沿着互连级联。在某些方面，PCIe看起来像是并行总線(xiàn)體(tǐ)系结构，但实际上并非如此，因為(wèi)PCIe总線(xiàn)中的不同通道没有(yǒu)分(fēn)配给不同的设备。PCIe通道使用(yòng) 具有(yǒu)独立Tx和Rx通道的阻抗控制差分(fēn)对路由。

PCIe的点对点拓扑中的線(xiàn)对長(cháng)度不必相同。换句话说，只要构成一对的走線(xiàn)在長(cháng)度上匹配，RX对的長(cháng)度就可(kě)以与TX对不同，反之亦然。要了解有(yǒu)关PCIe互连设计的重要技术要点的更多(duō)信息，请查看以下资源：

PCIe布局和路由准则

PCIe信号以更高的速度穿越盲孔会发生什么？

PCIe 5.0布局和路由有(yǒu)什么内容？