分支结构

信号在传输过程中,会有好多种的传输结构,比如点对点,T型结构,flyby结构等。点到点的拓扑结构比较简单,只要在发送端或接收端进行适当的阻抗匹配。T型结构或者flyby结构是常见的分支结构,分支结构表现为电路的并联,信号到达分支点时,瞬时阻抗就会突变,阻抗不连续从而造成反射的问题。

为了直观地展现分支结构引起的反射问题,搭建常见的分支结构:

接收端的波形如上,结果表明:分支结构引起的反射,会让接收端的信号质量很差。

解决反射问题的方法,就是阻抗匹配。在上面分支结构的电路图中,红色箭头的电阻变换为50 Ohm,做好阻抗匹配,根据相关传输系数公式:

可以计算出传输系数为0.667。输入电压为1V,那么终端匹配的情况下,得到的电压为0.667V。

仿真结果表明:做好阻抗匹配,信号的质量明显变好很多。

链式分支结构

分支结构除了上面的所说的结构,还有一种链式分支结构(也有资料称其为菊花链结构),比如I2C的结构,这种分支越靠近源端,因为后面分支引起的反射,波形会比较差,越靠近终端,波形会比较好。当然链路分支越多,终端的入射电压幅值就越小。

链路分支结构有两个改善方向:分支变短和阻抗匹配。仿真相关电路和波形如下:

需要注意的是,多路分支结构即使在末端做并联端接和源端做串联端接,但分支之间的反射没办法消除,信号质量改善效果一般。

T型分支结构

常见的DDR正反贴颗粒的设计,就是一种T型分支结构,需要搞清楚T型分支的往返反射的情况。

两根分支线上的信号不断地入射和反射,电压叠加到原有电压上,形成台阶状,台阶的长度就是时延。

简单分析如下:TL12分支线上信号最初的幅度是源端入射进来的2/3幅度的信号,到达到分支终端,全反射回分支节点,反射系数为-1/3,2/3*-1/3=-2/9的信号反射回来,这时候TL11分支线会有最初信号电压幅度的2/3和入射系数的2/3,也就是4/9信号幅度入射进来,相互叠加,就产生了2/9的信号幅度,叠加在原有信号幅度之上。以此类推,幅度越来越小,直至稳压状态。

上面的仿真是基于分支等长来进行的,假如分支结构两边不等长,仿真的波形如下:

两分支波形明显不同步,相对于DDR并行信号来说,会影响眼图的抖动,T型分支要注意分支的等长。

除了分支要等长,分支长度尽量短,将分支的长度缩短为30mil,发现接收端信号波形明显优于分支长度1800mil的波形,如下图:

T型分支结构注意两个方面:分支等长处理和分支长度尽量短。

flyby结构

DDR的DQ信号常用的是T型结构,ADD/CTRL 信号一般用FLY-BY结构,这种结构也可以称为链式分支的一种特殊情况,可以看作链路分支结构的分支线特别短,分支结构形式如下:

仿真结果表明:靠近终端的信号质量好于源端的信号质量。

减少分支之间的信号长度,能够优化信号质量,仿真结果的波形如下图:

总的来说,不同的总线对信号要求不一样,会选择不同的分支结构。不管什么样分支结构,搞清楚其基本原理,本质的东西都是反射的问题。

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