相比T拓撲,fly-by在傳輸較高速率信號時更占優勢一些,當然fly-by也并不就是完美的,它自身也存在很多缺陷,例如使用fly-by,負載之間有延時差,導致信號不能同時到達接收端。為解決這個問題,DDR3引入了read and write leveling,但是fly-by由于分支結構的存在,通道本身就存在一些缺點。例如:通道阻抗不連續;容性突變對時序的影響等等。下面就來詳細的分析一下。
分支處阻抗的不連續程度受stub長度影響
信號通道中只要有分叉就會存在阻抗的不連續,fly-by結構處處是分叉,阻抗不連續問題就很突出,到底這種阻抗不連續到了什么程度呢?下面就通過仿真實例來看看。在仿真軟件中搭建如下拓撲結構,掃描通道S參數,再利用S參數反推出各個節點的阻抗。
圖1
起初,我們將Stub長度都設定為100mil,掃描通道,得到通道的阻抗曲線如下
圖2
由上圖2可知,通道中有四次阻抗跌落,這些跌落分別對應該傳輸線的四個分支。Stub的長度與阻抗跌落的程度是否呈正相關呢?為簡化分析過程,我們只允許通道中有一個Stub,掃描Stub長度,看看阻抗的變化趨勢
圖3
仿真的結果如下圖4所示。
圖4
上圖的結構是不是很容易讓我們聯想到過孔的Stub,沒錯,傳輸線上的Stub和過孔的Stub效應差不多,只不過我們在仿真過孔的時候,一般會選擇三維建模,而且,過孔還考慮了焊盤的效應。
由圖4的三個波形曲線可知,Stub越長,阻抗掉的越低。為什么會這樣?傳輸線瞬態阻抗計算公式為Z=√(L/C)。就是信號感知的電感與電容的比值再開根號。因為分叉處的傳輸線與主線之間是并聯關系,Stub就像并聯在傳輸線上的小電容,Stub越長,電容量越大,阻抗也就越低。當然,fly-by結構的分支較多,每個分叉處都存在阻抗不連續,信號會在Stub之間來回反射,如圖5所示,所以分析起來比較復雜。
圖5
像這種復雜的反射,只能借助仿真軟件去評估它對信號的影響程度。為了解決這個問題,工程上一般會選擇在主通道末端接上上拉電阻。但是,末端端接只能解決末端反射問題,對于分支上的反射是不能完全消除的。
Stub電容效應對傳輸延時的影響
我們知道,連接在通道中途的短樁線和主通道是并聯關系,而這些短樁線本身是有電容的,這就意味著這些小樁線相當于一個個的小電容并聯在傳輸線中。由電容的頻率響應曲線可知,電容對信號中的高頻分量的阻抗是很低的,也就是說信號中的高頻分量會因為通道中并聯的小電容被過濾掉。高頻分量的損失會導致信號的上升時間的變緩。到底是不是這樣呢?
搭建如下拓撲,下圖兩個通道的長度是完全一致的。驅動端阻抗與傳輸線阻抗相匹配,在驅動端加載一個上升沿為1ns的激勵。
圖7
和我們推測的一樣,連線中途的Stub會導致信號上升沿出現延遲的現象。因為: TD_0=Len√LC,信號在傳輸的過程中,每遇到一個Stub就會導致一個小小的延遲,多次累加后就會出現一個較大的延遲。這對高速信號來說,是不可忽略的影響。
工程中會通過線寬補償來減小這種容性突變,效果究竟怎么樣呢,還是通過仿真來看一下。如上拓撲結構,調高Stub以及樁線之間走線的阻抗,看看上升沿的變化。
圖8
由圖8可知,Stub以及Stub之間的走線阻抗拉高之后,上升沿延遲現象得到改善。容性突變導致的負反射也得到一定的補償。細心讀者可能會發現,補償之后,反射導致的過沖問題又顯現出來,這可真是“按下葫蘆浮起瓢”。怎么辦?過沖問題只有交給端接電阻去解決了。
說了這么多,看來要想把fly-by結構對信號的影響說清楚還真是沒那么容易。對于這種拓撲結構,常規的串擾控制自是不必多說的,另外,還需要牢牢記住的就是:Stub能短就盡量做短些吧;在負載很多的情況下,做一下阻抗補償還是很有必要的。
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