24小時聯系電話:18217114652、13661815404
中文
技術專題
PCB中用于電源，數據和外圍設備的路由拓撲
PCB中用于電源，數據和外圍設備的路由拓撲
如果您是剛開始使用DDR等高級接口的新設計師，或者正在路由第一個總線協議，那么了解有關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議，用于電源總線，電路板之間的連接以及確保系統中的接地。
PCB中的常見路由拓撲
整個PCB使用幾種常見的路由拓撲來路由電源，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中的常見路由拓撲與其網絡拓撲類似物具有相同的名稱，因此熟悉這些領域會有所幫助。與網絡不同，在PCB設計中實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”系統，并且出于各種原因可能會選擇不同的拓撲結構。
下圖總結了常見的網絡拓撲，其中一些拓撲可用于PCB設計的各個領域。
此圖像中的每個框都可以是板上的單個組件，也可以是包含多個組件的板上的電路塊，也可以是多板系統中的單個板。當我們放大到更高的抽象級別時，我們開始看到這些拓撲如何開始類似于標準網絡拓撲。在細粒度的層次上，我們正在研究各個組件，但其中只有部分拓撲在板級層次上是實用的。下表總結了如何在PCB上或在多個板之間的系統級實現這些各種拓撲。
|
拓撲結構 |
應用領域 |
|
公共汽車 |
-在板級實現的I2C等數字協議 - 電力調配 |
|
點對點（線性） |
-在板級實現了一些高速路由拓撲，其中一些類似于總線路由 |
|
網 |
-通常不用于板級或系統級的銅介質 -可以輕松地無線實現（例如，通過藍牙） |
|
星星 |
-與接口無關的組件布局拓撲 -與外圍設備（例如，CPU和外圍設備）接口的主機控制器 -也可用于板級或系統級的配電 |
|
戒指 |
-通常不用于板級銅介質 -在系統級別上不靈活 |
|
樹 |
-當存在多個處理器時（例如，主CPU控制MCU等），可以在板級實現 -也可用于多種電壓/電流的配電 -通常在系統級別 |
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際用于系統的不同部分。
星形布線可用于提供 到單個點的多個 接地連接，以進行配電。如下面的BGA圖像所示，星形拓撲還與高速PCB中的系統時鐘一起使用。信號源自單個點，并根據需要路由到板上的不同組件。請注意，術語“源單點”和“星形”是同一拓撲的兩個不同名稱。與星形拓撲的區別在于，此源點位于下游組件的中心。
樹形路由（或多點）適用于同一概念，適用于層次結構中的多個“星形”，其中多個電源軌從單個點斷開，然后發送到不同的電路塊或設備。另一個變體是源多點拓撲，其中單個電源軌用作總線，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議。兩個重要的示例是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，更復雜的拓撲結構的組合將主板內的設備連接在一起。簡單的點對點拓撲也可用于PCIe等高級協議。讓我們看一下這些示例，它們說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。這是樹和點對點網絡路由拓撲的組合。命令，時鐘和地址跟蹤在樹型網絡中進行路由，而數據線則直接通過處理器以點對點的方式進行路由。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對點網絡和總線網絡之間的組合。電源/接地，命令，時鐘和地址信號在總線上路由到每個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，同時減少了從處理器傳輸到內存模塊的重載信號之間的時序偏差。
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關型拓撲。盡管如此，制造商仍將建議使用點對點拓撲結構在PCB上進行實際布局。但是，星形和T型拓撲也可以與NAND閃存封裝一起使用。將點對點拓撲與NAND閃存封裝一起使用非常簡單，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的點對點路由
PCIe是雙向串行協議，在外圍設備之間使用點對點路由拓撲，其中組件沿著互連級聯。在某些方面，PCIe看起來像是并行總線體系結構，但實際上并非如此，因為PCIe總線中的不同通道沒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的點對點拓撲中的線對長度不必相同。換句話說，只要構成一對的走線在長度上匹配，RX對的長度就可以與TX對不同，反之亦然。要了解有關PCIe互連設計的重要技術要點的更多信息，請查看以下資源：
PCIe布局和路由準則
PCIe信號以更高的速度穿越盲孔會發生什么？
PCIe 5.0布局和路由有什么內容？