標題: PCB走線的拓撲結構及其適用場合 [打印本頁]
作者: meilins 時間: 2015-9-29 14:18
標題: PCB走線的拓撲結構及其適用場合
解決傳輸線效應的另一個方法是選擇正確的布線路徑和終端拓撲結構。走線的拓撲結構是指一根網線的布線順序及布線結構。當使用高速邏輯器件時，除非走線分支長度保持很短.否則邊沿快速變化的信號將被信號主干走線上的分支走線所扭曲。通常情形下，PCB走線常見的拓撲結構有：
（1）點到點拓撲結構，單一驅動器、單一接收器。只要在驅動端或接收端進行適當的阻抗匹配，便可以得到較好的信號完整性。
（2）菊花鏈拓撲用最短的互連傳輸線把所有的緩沖器連接起來，但是每個緩沖器最多只能通過兩段傳輸線連接到另外的兩個緩沖器，從主驅動器開始，然后通過傳輸線連接到與主驅動器最近的緩沖器上，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，再次查找最近的未連接緩沖器進行連接，依此類推，直至完成所有的緩沖器連接，連接完成后，從主驅動器開始，所有的緩沖器連接成鏈狀。
（4）星形拓撲從主驅動器開始，一個信號驅動器驅動多個信號接收器，并要求多個信號接收器同時接收信號時，每個分支的接收端負載和走線長度盡量保持一致，每條分支上一般都需要終端電阻，終端電阻的阻值應和連線的特征阻抗相匹配。這樣即使在邊沿速率非常快的情況下仍可以得到很好的性能。星形拓撲結構可以有效地避免時鐘信號的不同步問題。
（5）遠端簇形與星形很相似，不同之處在于最后一個連入驅動器菊花鏈的那個驅動器通過一段較長的傳輸線連接到一個“T”形節點上，然后所有的接收器也都通過傳輸線連接到這個“T”節點上，所有的接收器都簇籠在一起。分支是靠近接收端。在這種拓撲結構中，也要限制遠端分支的長度，使分支上的傳輸延時小于信號的上升或下降時間。
（6）周期性負載
周期性負載的拓撲結構，要求每段分支的長度足夠小，使分支上的傳輸延時小于信號的上升或下降時間。這種主干傳輸線和所有的分支段組合起來的結構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，因此在進行阻抗匹配時要注意。
網絡連接究竟應該采用哪種拓撲形式，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）點到點拓撲這種拓撲是最簡單的，布局布線上都很容易實現，易于實現阻抗控制。普通低速網絡是否能采用點到點拓撲，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到點的互連，如高速串行信號的互連，以最小化阻抗不連續帶來的影響；精確定時的時鐘信號也不允許有分叉存在，因為分叉帶來的阻抗不連續會引起附加抖動。
（2）菊花鏈拓撲一般而言，對于多負載的總線系統常采用菊花鏈拓撲，并在最遠端的負載處進行適當的終結。
菊花鏈走線的優點：
占用的布線空間較小并可用單一電阻匹配終結；易于進行阻抗控制，端接簡單，網絡的布線長度短，布線較為方便，只要各個接收器在接收信號時間上的差別在允許的范圍內就可以采用菊花鏈拓撲進行布線。對于菊花鏈布線，布線從驅動端開始，依次到達各接收端。如果使用串聯電阻來改變信號特性，串聯電阻的位置應該緊靠驅動端。在實際設計中，我們是使菊花鏈布線中分支長度盡可能短，安全的長度值應該是：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：
布通率低，不容易100％布通；
不同的信號接收端，信號的接收是不同步的。
（3）星形拓撲星形拓撲也是一種常用的多負載布線拓撲，驅動器位于星形的中央，呈輻射狀與多個負載相連，星形拓撲可以有效避免信號在多個負載上的不同步問題，可以讓負載上收到的信號完全同步。星形拓撲的問題在于需要對每個支路分別終端端接，使用器件多，而且驅動器的負載大，必需驅動器有相應的驅動能力才能使用星形拓撲，如果驅動能力不夠，需要加緩沖器。為了降低功耗和緩解驅動器的負載壓力，可以采用RC終端端接，但這種端接方式更加復雜，而且只能用于時鐘信號。星形拓撲一般在時鐘網絡或對信號同步要求高的網絡中應用，其共同點就是要求各接收器在同一時刻收到驅動端發來的信號，星形拓撲的布線難度比菊花鏈拓撲的要大，占用空間也大。實際的星形拓撲會存在端接傳輸線分支，驅動器與公共節點間存在傳輸線分支，這些都會劣化信號，所以在完成星形拓撲一般需要前仿真和后仿真，以保證信號的完整性。布線從驅動端開始，平行到達各接受端，可以有效的避免時鐘信號的不同步問題。
（4）遠端簇形拓撲實際上是星形拓撲的一個改進，它將星形拓撲中位于源端的分支節點移動到與接收器最近的遠端，即滿足了各個接收器上接收信號的同步問題，又解決了阻抗匹配復雜和驅動器負載重的問題，因為遠端簇形拓撲只需要在分支節點處終端匹配就可以了。遠端簇形拓撲要求各個接收器到分支點的距離要盡量近，分支線長了會嚴重影響信號的質量，如果各個接收器芯片在空間上不能擺放在一起，那么就不能采用遠端簇形拓撲。同樣，一般需要前仿真和后仿真，以保證信號的完整性。
總之，我們在進行拓撲設計時，可以在以上經典的拓撲基礎上靈活運用，沒有定式，一個大的原則就是保證信號質量，武器就是利用SI軟件進行拓撲的分析和仿真。在實際的PCB設計過程中，對于關鍵信號，應通過信號完整性分析來決定采用哪一種拓撲結構。
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