PCB 中電(diàn)源、数据和外设的布線(xiàn)拓扑

2021-06-16

PCB 中電(diàn)源、数据和外设的布線(xiàn)拓扑

如果您是一名刚开始使用(yòng) DDR 等高级接口的新(xīn)设计师，或者您正在布線(xiàn)您的第一个总線(xiàn)协议，那么了解有(yǒu)关 PCB 布線(xiàn)拓扑的一些基础知识很(hěn)重要。还有(yǒu)设计電(diàn)源分(fēn)配的问题，它可(kě)以有(yǒu)自己的電(diàn)源总線(xiàn)路由协议、電(diàn)路板之间的连接，并确保系统中的接地一致。 

PCB 中的常见布線(xiàn)拓扑

整个 PCB 中使用(yòng)几种常见的布線(xiàn)拓扑来布線(xiàn)電(diàn)源、数字数据，甚至一些特殊的模拟系统。一些高级拓扑用(yòng)于计算机外围设备，如存储器。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)源也以确定的拓扑围绕系统“路由”，并且可(kě)能(néng)出于各种原因选择不同的拓扑。

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

其中一些标准拓扑可(kě)能(néng)在您的 PCB 中用(yòng)作布局和布線(xiàn)拓扑。

此图中的每个框都可(kě)以是板上的单个组件、包含多(duō)个组件的板上的電(diàn)路块或多(duō)板系统中的单个板。当我们缩小(xiǎo)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。在细粒度级别，我们查看单个组件，这些拓扑中只有(yǒu)一些在板级是实用(yòng)的。下表总结了这些不同的拓扑是如何在 PCB 上或在多(duō)个板之间的系统级实现的。

一些评论在这里很(hěn)有(yǒu)用(yòng)，因為(wèi)它显示了每个拓扑可(kě)能(néng)有(yǒu)用(yòng)的地方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)于為(wèi) 单个配電(diàn)点提供多(duō)个 接地连接。星形拓扑还与高速 PCB 中的系统时钟一起使用(yòng)，如下面的 BGA 图像所示。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”是同一拓扑结构的两个不同名称。与星型拓扑的不同之处在于该源点位于下游组件的中心。

树形路由（或多(duō)点）适用(yòng)于层次结构中的多(duō)个“星”的相同想法，其中多(duō)个電(diàn)源轨从单个点断开并发送到不同的電(diàn)路块或设备。另一种变體(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)。

上表中拓扑的一些变體(tǐ)用(yòng)于更高级的数字协议。两个重要的例子是 DDR2 及更高版本，以及 PCIe。

内存和计算机外设的路由拓扑

当谈到内存模块及其与处理(lǐ)器的接口时，更复杂的拓扑组合将连接板内的设备。简单的点对点拓扑也用(yòng)于 PCIe 等高级协议。让我们看看这些示例，因為(wèi)它们说明了标准路由拓扑如何适应高级信令标准。

T型拓扑

T 拓扑用(yòng)于 DDR2 和较不先进的 DDR3 版本。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布線(xiàn)，而数据線(xiàn)则直接与处理(lǐ)器以点对点方式布線(xiàn)。虽然这种拓扑对于利用(yòng)更高的数据速率很(hěn)有(yǒu)用(yòng)，但可(kě)用(yòng)内存模块的数量和数据传输速率受到電(diàn)容负载的限制。

飞越拓扑

较新(xīn)的 DDR 内存模块使用(yòng)飞越拓扑。DD3 和 DDR4 中使用(yòng)的主要拓扑代表了点对点网络和总線(xiàn)网络之间的组合。電(diàn)源/接地、命令、时钟和地址信号通过总線(xiàn)路由到每个 DRAM/SDRAM，然后使用(yòng)差分(fēn)对路由到处理(lǐ)器 。与 DDR2 和更早的内存相比，这是一次重大升级。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，例如采用(yòng)英特尔 3D Xpoint 的 NAND 闪存，在封装内具有(yǒu)内部交叉型拓扑。尽管如此，制造商(shāng)仍会為(wèi) PCB 上的实际布局推荐点对点拓扑。然而，星型和 T 型拓扑也可(kě)用(yòng)于 NAND 闪存封装。对 NAND 闪存封装使用(yòng)点对点拓扑非常简单，可(kě)以使用(yòng)低成本的四层堆叠。在这种情况下，接地和電(diàn)源放置在内层，信号在表层布線(xiàn)。

PCIe 的点对点路由

PCIe 是一种双向串行协议，它在外围设备之间使用(yòng)点对点路由拓扑，其中组件沿互连级联。在某些方面，PCIe 表现為(wèi)并行总線(xiàn)架构，但实际情况并非如此，因為(wèi) PCIe 总線(xiàn)中的不同通道并没有(yǒu)分(fēn)配给不同的设备。PCIe 通道使用(yòng)阻抗控制的差分(fēn)对 布線(xiàn)和单独的 Tx 和 Rx 通道。

PCIe 点对点拓扑中的線(xiàn)对長(cháng)度不需要相同。换言之，RX 对的長(cháng)度可(kě)以与 TX 对的長(cháng)度不同，反之亦然，只要构成对的走線(xiàn)長(cháng)度匹配即可(kě)。要了解有(yǒu)关 PCIe 互连设计的重要技术点的更多(duō)信息，请查看以下资源：

PCIe 布局和路由指南

PCIe 信号以更高的速度穿过盲孔会发生什么？

PCIe 5.0 布局和路由的内容是什么？

技术在不断进步，尤其是在计算机外围设备和存储设备方面。这意味着工程师和系统设计师需要更强大的工具来跟上新(xīn)发展的步伐。