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PCB 中電源、數據和外設的布線拓撲
PCB 中電源、數據和外設的布線拓撲
如果您是一名剛開始使用 DDR 等高級接口的新設計師，或者您正在布線您的第一個總線協議，那么了解有關 PCB 布線拓撲的一些基礎知識很重要。還有設計電源分配的問題，它可以有自己的電源總線路由協議、電路板之間的連接，并確保系統中的接地一致。
PCB 中的常見布線拓撲
整個 PCB 中使用幾種常見的布線拓撲來布線電源、數字數據，甚至一些特殊的模擬系統。一些高級拓撲用于計算機外圍設備，如存儲器。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圍繞系統“路由”，并且可能出于各種原因選擇不同的拓撲。
下圖總結了常見的網絡拓撲，其中一些可能用于 PCB 設計的各個領域。
其中一些標準拓撲可能在您的 PCB 中用作布局和布線拓撲。
此圖中的每個框都可以是板上的單個組件、包含多個組件的板上的電路塊或多板系統中的單個板。當我們縮小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。在細粒度級別，我們查看單個組件，這些拓撲中只有一些在板級是實用的。下表總結了這些不同的拓撲是如何在 PCB 上或在多個板之間的系統級實現的。
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拓撲 |
應用領域 |
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公共汽車 |
- 在板級實現的 I2C 等數字協議 - 電力調配 |
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點對點（線性） |
- 一些高速路由拓撲，其中一些類似于總線路由，在板級實現 |
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網 |
- 通常不與板級或系統級的銅介質一起使用 - 可以輕松實現無線（例如，使用藍牙） |
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星星 |
- 與接口無關的組件布局拓撲 - 主機控制器與外圍設備（例如，CPU 和外圍設備）的接口 - 也可用于板級或系統級配電 |
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戒指 |
- 通常不與板級銅介質一起使用 - 系統級不靈活 |
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樹 |
- 當存在多個處理器時，可以在板級實現（例如，主 CPU 控制 MCU 等） - 也可用于多電壓/電流的配電 - 典型的系統級 |
一些評論在這里很有用，因為它顯示了每個拓撲可能有用的地方以及它們如何實際用于系統的不同部分。
星形布線可用于為 單個配電點提供多個 接地連接。星形拓撲還與高速 PCB 中的系統時鐘一起使用，如下面的 BGA 圖像所示。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”是同一拓撲結構的兩個不同名稱。與星型拓撲的不同之處在于該源點位于下游組件的中心。
樹形路由（或多點）適用于層次結構中的多個“星”的相同想法，其中多個電源軌從單個點斷開并發送到不同的電路塊或設備。另一種變體是源多點拓撲，其中單個電源軌用作總線并向下游電路塊供電。
上表中拓撲的一些變體用于更高級的數字協議。兩個重要的例子是 DDR2 及更高版本，以及 PCIe。
內存和計算機外設的路由拓撲
當談到內存模塊及其與處理器的接口時，更復雜的拓撲組合將連接板內的設備。簡單的點對點拓撲也用于 PCIe 等高級協議。讓我們看看這些示例，因為它們說明了標準路由拓撲如何適應高級信令標準。
T型拓撲
T 拓撲用于 DDR2 和較不先進的 DDR3 版本。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布線，而數據線則直接與處理器以點對點方式布線。雖然這種拓撲對于利用更高的數據速率很有用，但可用內存模塊的數量和數據傳輸速率受到電容負載的限制。
飛越拓撲
較新的 DDR 內存模塊使用飛越拓撲。DD3 和 DDR4 中使用的主要拓撲代表了點對點網絡和總線網絡之間的組合。電源/接地、命令、時鐘和地址信號通過總線路由到每個 DRAM/SDRAM，然后使用差分對路由到處理器 。與 DDR2 和更早的內存相比，這是一次重大升級。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，例如采用英特爾 3D Xpoint 的 NAND 閃存，在封裝內具有內部交叉型拓撲。盡管如此，制造商仍會為 PCB 上的實際布局推薦點對點拓撲。然而，星型和 T 型拓撲也可用于 NAND 閃存封裝。對 NAND 閃存封裝使用點對點拓撲非常簡單，可以使用低成本的四層堆疊。在這種情況下，接地和電源放置在內層，信號在表層布線。
PCIe 的點對點路由
PCIe 是一種雙向串行協議，它在外圍設備之間使用點對點路由拓撲，其中組件沿互連級聯。在某些方面，PCIe 表現為并行總線架構，但實際情況并非如此，因為 PCIe 總線中的不同通道并沒有分配給不同的設備。PCIe 通道使用阻抗控制的差分對 布線和單獨的 Tx 和 Rx 通道。
PCIe 點對點拓撲中的線對長度不需要相同。換言之，RX 對的長度可以與 TX 對的長度不同，反之亦然，只要構成對的走線長度匹配即可。要了解有關 PCIe 互連設計的重要技術點的更多信息，請查看以下資源：
PCIe 布局和路由指南
PCIe 信號以更高的速度穿過盲孔會發生什么？
PCIe 5.0 布局和路由的內容是什么？
技術在不斷進步，尤其是在計算機外圍設備和存儲設備方面。這意味著工程師和系統設計師需要更強大的工具來跟上新發展的步伐。