PCB中用于電源，數據和外圍設備的路由拓撲

2021-04-17

PCB中用于電源，數據和外圍設備的路由拓撲

如果您是剛開(kāi)始使用DDR等高級接口的新設計師，或者正在路由第一個(gè)總線(xiàn)協(xié)議，那么了解有關(guān)PCB路由拓撲的一些基礎知識很重要。設計配電也很重要，配電可以擁有自己的路由協(xié)議，用于電源總線(xiàn)，電路板之間的連接以及確保系統中的接地。 

PCB中的常見(jiàn)路由拓撲

整個(gè)PCB使用幾種常見(jiàn)的路由拓撲來(lái)路由電源，數字數據，甚至某些特殊的模擬系統。一些高級拓撲用于計算機外圍設備，例如內存。PCB中的常見(jiàn)路由拓撲與其網(wǎng)絡(luò )拓撲類(lèi)似物具有相同的名稱(chēng)，因此熟悉這些領(lǐng)域會(huì )有所幫助。與網(wǎng)絡(luò )不同，在PCB設計中實(shí)現路由拓撲配置的目標不僅限于組件之間的數據傳輸。電源也以確定的拓撲結構“繞過(guò)”系統，并且出于各種原因可能會(huì )選擇不同的拓撲結構。

下圖總結了常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò )拓撲，其中一些拓撲可用于PCB設計的各個(gè)領(lǐng)域。

此圖像中的每個(gè)框都可以是板上的單個(gè)組件，也可以是包含多個(gè)組件的板上的電路塊，也可以是多板系統中的單個(gè)板。當我們放大到更高的抽象級別時(shí)，我們開(kāi)始看到這些拓撲如何開(kāi)始類(lèi)似于標準網(wǎng)絡(luò )拓撲。在細粒度的層次上，我們正在研究各個(gè)組件，但其中只有部分拓撲在板級層次上是實(shí)用的。下表總結了如何在PCB上或在多個(gè)板之間的系統級實(shí)現這些各種拓撲。

這里有一些注釋是有用的，因為它顯示了每種拓撲可能在何處有用以及它們如何實(shí)際用于系統的不同部分。

星形布線(xiàn)可用于提供 到單個(gè)點(diǎn)的多個(gè) 接地連接，以進(jìn)行配電。如下面的BGA圖像所示，星形拓撲還與高速PCB中的系統時(shí)鐘一起使用。信號源自單個(gè)點(diǎn)，并根據需要路由到板上的不同組件。請注意，術(shù)語(yǔ)“源單點(diǎn)”和“星形”是同一拓撲的兩個(gè)不同名稱(chēng)。與星形拓撲的區別在于，此源點(diǎn)位于下游組件的中心。

樹(shù)形路由（或多點(diǎn)）適用于同一概念，適用于層次結構中的多個(gè)“星形”，其中多個(gè)電源軌從單個(gè)點(diǎn)斷開(kāi)，然后發(fā)送到不同的電路塊或設備。另一個(gè)變體是源多點(diǎn)拓撲，其中單個(gè)電源軌用作總線(xiàn)，并向下游電路塊供電。

上表中拓撲的某些變體用于更高級的數字協(xié)議。兩個(gè)重要的示例是DDR2和更高版本以及PCIe。

內存和計算機外圍設備的路由拓撲

當涉及內存模塊及其與處理器的接口時(shí)，更復雜的拓撲結構的組合將主板內的設備連接在一起。簡(jiǎn)單的點(diǎn)對點(diǎn)拓撲也可用于PCIe等高級協(xié)議。讓我們看一下這些示例，它們說(shuō)明了標準路由拓撲如何適應高級信令標準。

T形拓撲

T拓撲用于DDR2和不高級的DDR3版本中。這是樹(shù)和點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )路由拓撲的組合。命令，時(shí)鐘和地址跟蹤在樹(shù)型網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行路由，而數據線(xiàn)則直接通過(guò)處理器以點(diǎn)對點(diǎn)的方式進(jìn)行路由。盡管此拓撲結構可用于利用更高的數據速率，但可用的內存模塊數量和數據傳輸速率受電容性負載的限制。

飛越拓撲

較新的DDR內存模塊使用飛越式拓撲。DD3和DDR4中使用的主要拓撲表示點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )和總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )之間的組合。電源/接地，命令，時(shí)鐘和地址信號在總線(xiàn)上路由到每個(gè)DRAM / SDRAM，然后使用差分對將它們路由到處理器 。與DDR2和更早的內存相比，這是一個(gè)重大升級。與T拓撲相比，飛越拓撲支持以更高的數據速率運行，同時(shí)減少了從處理器傳輸到內存模塊的重載信號之間的時(shí)序偏差。

較新的內存架構，例如Intel的具有3D Xpoint的NAND閃存，在封裝內部具有內部交叉開(kāi)關(guān)型拓撲。盡管如此，制造商仍將建議使用點(diǎn)對點(diǎn)拓撲結構在PCB上進(jìn)行實(shí)際布局。但是，星形和T型拓撲也可以與NAND閃存封裝一起使用。將點(diǎn)對點(diǎn)拓撲與NAND閃存封裝一起使用非常簡(jiǎn)單，可以使用低成本的四層堆疊。在這種情況下，地面和電源放在內部層上，信號在表面層上傳送。

PCIe的點(diǎn)對點(diǎn)路由

PCIe是雙向串行協(xié)議，在外圍設備之間使用點(diǎn)對點(diǎn)路由拓撲，其中組件沿著(zhù)互連級聯(lián)。在某些方面，PCIe看起來(lái)像是并行總線(xiàn)體系結構，但實(shí)際上并非如此，因為PCIe總線(xiàn)中的不同通道沒(méi)有分配給不同的設備。PCIe通道使用 具有獨立Tx和Rx通道的阻抗控制差分對路由。

PCIe的點(diǎn)對點(diǎn)拓撲中的線(xiàn)對長(cháng)度不必相同。換句話(huà)說(shuō)，只要構成一對的走線(xiàn)在長(cháng)度上匹配，RX對的長(cháng)度就可以與TX對不同，反之亦然。要了解有關(guān)PCIe互連設計的重要技術(shù)要點(diǎn)的更多信息，請查看以下資源：

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