在DDR的PCB設計中,一般需要考慮等長和拓撲結構。等長比較好處理,給出一定的等長精度通常是PCB設計師是能夠完成的。但對于不同的速率的DDR,選擇合適的拓撲結構非常關鍵,在DDR布線中經常使用的T型拓撲結構和菊花鏈拓撲結構,下面主要介紹這兩種拓撲結構的區別和注意要點。
T型拓撲結構,也稱為星型拓撲結構,星型拓撲結構每個分支的接收端負載和走線長度盡量保持一致,這就保證了每個分支接收端負載同時收到信號,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。星形拓撲結構可以有效地避免時鐘、地址和控制信號的不同步問題。
菊花鏈拓撲結構,和星型拓撲結構不同,菊花鏈拓撲結構沒有保持驅動端到各個負載走線長度盡量一致,而是確保各個驅動端到信號主干道的長度盡量短。菊花鏈拓撲結構走線的特點,犧牲了時鐘、地址和控制信號的同步,但最大的特點是盡可能降低各負載分支走線長度,避免分支信號對主干信號的反射干擾。
在信號頻率低于800MHz的情況下,上面兩種拓撲結構均能滿足系統性能需要。但是當信號速率到達1000MHz甚至更高,T型拓撲結構就不能滿足性能需要。原因就在于T型拓撲結構過長的支路走線長度,在不添加終端電阻的情況下很難和主干道實現阻抗匹配,而為了實現各個支路的阻抗匹配添加終端電阻,又加大了電路設計的工作量和成本,是我們不愿意看到的。因此高速信號使用T型拓撲結構,特別是Stub>4的時候,支路信號對主干信號的反射干擾是很嚴重的。通常DDR2使用和速率要求不高的DDR3使用T型拓撲結構。
菊花鏈拓撲結構主要在DDR3中使用,菊花鏈拓撲結構的主要優勢是支路走線短,一般認為菊花鏈支路走線長度小于信號上升沿傳播長度的1/10,可以有效削弱支路信號反射對主干信號的干擾,不同的書本上說法也不一樣,大體上走線長度小于上升沿傳播長度的1/6-1/10都是可以的,實際設計中我們肯定希望這個長度越短越好。菊花鏈拓撲結構可以有效抑制支路的反射信號,但相對于T型拓撲結構,菊花鏈拓撲結構的時鐘、地址和控制信號并不能同時到達不同的DDR芯片。
為了解決菊花鏈拓撲結構信號不同步的問題,DDR3的新標準中加入了時間補償技術,通過DDR3內部調整實現信號同步。當信號頻率高達1600MHz的時候,T型拓撲結構已經無能為力,只有菊花鏈或其衍生的拓撲結構能滿足這樣的性能需求。一般的DDR3都會建議采用菊花鏈拓撲結構的改進型拓撲結構,Fly-by拓撲結構要求支路布線長度Stub=0,Fly-by具有更好的信號完整性。
在菊花鏈拓撲的實際應用中,為了抑制Stub過長和分支太多對主干信號的反射干擾,以及加強主干信號驅動能力,一般在末端預留端接電阻電路。末端下拉電阻會增大IO口驅動功耗,所以采用末端上拉電阻的方式進行端接。計算信號驅動部分的戴維南等效電壓作為上拉電壓Vtt,Rt為驅動部分的等效電阻,通常上拉電壓取值為IO驅動電壓的一般,即Vtt=Vddr/2。
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原文標題:干貨|DDR布線要求及拓撲結構
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