DDR3 FLY-BY 拓扑磁力锁末端加电阻颗粒到终端电阻之间的STUB线段如何通过仿真得到最优的长度设计?在线求助

  在DDR的PCB设计中一般需要考虑等长和拓扑结构。等长比较好处理给出一定的等长精度通常是PCB设计师是能够完成的。但对于不同的速率的DDR选择合适的拓扑结构非常关鍵,在DDR布线中经常使用的T型拓扑结构和菊花链拓扑结构下面主要介绍这两种拓扑结构的区别和注意要点。

  T型拓扑结构也称为星型拓扑结构,其结构如图一所示星型拓扑结构每个分支的接收端负载和走线长度尽量保持一致,这就保证了每个分支接收端负载同时收到信号每条分支上一般都需要终端电阻,终端电阻的阻值应和连线的特征阻抗相匹配星形拓扑结构可以有效地避免时钟、地址和控制信號的不同步问题。

  菊花链拓扑结构如图二所示。和星型拓扑结构不同菊花链拓扑结构没有保持驱动端到各个负载走线长度尽量一致,而是确保各个驱动端到信号主干道的长度尽量短菊花链拓扑结构走线的特点,牺牲了时钟、地址和控制信号的同步但最大的特点昰尽可能降低各负载分支走线长度,避免分支信号对主干信号的反射干扰

  在信号频率低于800MHz的情况下,上面两种拓扑结构均能满足系統性能需要但是当信号速率到达1000MHz甚至更高,T型拓扑结构就不能满足性能需要原因就在于T型拓扑结构过长的支路走线长度,在不添加终端电阻的情况下很难和主干道实现阻抗匹配而为了实现各个支路的阻抗匹配添加终端电阻,又加大了电路设计的工作量和成本是我们鈈愿意看到的。因此高速信号使用T型拓扑结构特别是Stub》4的时候,支路信号对主干信号的反射干扰是很严重的通常DDR2使用和速率要求不高嘚DDR3使用T型拓扑结构。菊花链拓扑结构主要在DDR3中使用菊花链拓扑结构的主要优势是支路走线短,一般认为菊花链支路走线长度小于信号上升沿传播长度的1/10可以有效削弱支路信号反射对主干信号的干扰,不同的书本上说法也不一样大体上走线长度小于上升沿传播长度的1/6-1/10都昰可以的,实际设计中我们肯定希望这个长度越短越好菊花链拓扑结构可以有效抑制支路的反射信号,但相对于T型拓扑结构菊花链拓撲结构的时钟、地址和控制信号并不能同时到达不同的DDR芯片。为了解决菊花链拓扑结构信号不同步的问题DDR3的新标准中加入了时间补偿技術,通过DDR3内部调整实现信号同步当信号频率高达1600MHz的时候,T型拓扑结构已经无能为力只有菊花链或其衍生的拓扑结构能满足这样的性能需求。一般的DDR3都会建议采用菊花链拓扑结构的改进型拓扑结构Fly-by拓扑结构,如图三所示Fly-by拓扑结构要求支路布线长度Stub=0,Fly-by具有更好的信号完整性

  在菊花链拓扑的实际应用中,为了抑制Stub过长和分支太多对主干信号的反射干扰以及加强主干信号驱动能力,一般在磁力锁末端加电阻预留端接电阻电路磁力锁末端加电阻下拉电阻会增大IO口驱动功耗,所以采用磁力锁末端加电阻上拉电阻的方式进行端接计算信号驱动部分的戴维南等效电压作为上拉电压Vtt,Rt为驱动部分的等效电阻通常上拉电压取值为IO驱动电压的一般,即Vtt=Vddr/2

  该结构是特殊的菊花链结构, stub线为0的菊花链不同于DDR2的T型分支拓扑结构,DDR3采用了fly-by拓扑结构以更高的速度提供更好的信号完整性。fly-by信号是命令、地址控淛和时钟信号。如下图所示源于存储器控制器的这些信号以串行的方式连接到每个DRAM器件。通过减少分支的数量和分支的长度改进了信号唍整性然而,这引起了另一个问题因为每一个存储器元件的延迟是不同的,取决于它处于时序的位置通过按照DDR3规范的定义,采用读調整和写调整技术来补偿这种延迟的差异fly-by拓扑结构在电源开启时校正存储器系统。这就要求在DDR3控制器中有额外的信息允许校准工作在啟动时自动完成。

  在写调整期间存储器控制器需要补偿额外的跨越时间偏移(对每个存储器器件,信号延迟是不同的)这是由于fly-by拓扑结构及选通和时钟引入的。源CK和DQS信号到达目的地有延迟对于存储器模块的每个存储器元件,这种延迟是不同的必须逐个芯片进行調整,如果芯片有多于一个字节的数据甚至要根据字节来进行调整。该图说明了一个存储器元件存储器控制器延迟了DQS,一次一步直箌检测到CK信号从0过渡到到1。这将再次对齐DQS和 CK以便DQ总线上的目标数据可以可靠地被捕获。由于这是由DDR3存储器控制器自动做的电路板设计囚员无须担心实施的细节。设计人员会从额外的裕度中得到好处这是由DDR3存储器控制器中的写调整的特性所创建的。

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前面的文章有分别介绍过及结构,這两种拓扑结构应用最多的应该是在DDR3里面说到这里,小编又想开始聊聊DDR3的设计了我想很多人都比较有兴趣。

因为DDR3的设计还是比较复杂而且应用也比较广泛,如下图是常见的T型及Fly_by型的拓扑应用

通常来讲,谈到DDR3的拓扑结构(这里主要是针对时钟或地址控制信号)大家馬上就会想到T型或者Fly_by结构,但什么时候使用T型或者Fly_by 型呢?

答案是:it depends!(如果大家有经常参加老外的培训这应该是个用得最多的回答了,可见老外也是比较狡猾的)

这个问题确实是没法确切回答的,因为要看情 况小编在此也来试着把这个问题回答得更具体点。

首先从颗粒数目嘚情况来考虑。一般在4个或者4个以下的拓扑使用T型 或者Fly_by型都没有太大问题,主要看个人喜好了如果板子布线空间足够的话,

还是建议使用T型拓扑信号质量也不赖,后期调试也较简单;如果颗粒数 目超过4个那么果断使用Fly_by拓扑,不要问我为什么等你去绕等长的时候你僦知道为什么要用Fly_by拓扑了。

其次从布线空间来考虑。板内布线空间较充裕有足够的空间绕等长,可以使用T型拓扑如果板内布线空间較紧张,没有足够空间绕等长那么还是使用Fly_by拓扑。

再次从信号速率来考虑。一般T型拓扑频率超过1GHz信号质量就会出现大幅的下降所以此时应考虑使用fly_by拓扑结构。

当然使用何种拓扑并不是单一情况的考虑,而是综合的一个考虑就像前面说到的需要综合考虑颗粒数目、板内布线空间、信号速率以及个人喜好(或者对各拓扑的熟悉程度)等。


下面来简单总结下T型拓扑和Fly_by拓扑的优缺点以及使用注意事项

T型拓扑结构的特点是主控到每个颗粒的长度基本一致,也就是说每个颗粒的信号质量都差不多;缺点就是绕等长时需要更多的布线空间所鉯不适合较多颗粒数目的情况,

其次是需要同等地位的分支完全对称(包括长度及阻抗等)如果不对称那么信号质量的影响比较大。所鉯我们在使用T型拓扑的时候应该注意预留足够的空 间来绕线

另外还需要注意同一个节点分出去的分支(也就是前面说的同等地位的分支)必须对称。

这个在前面的T型拓扑里面已经有仿真结果了在此就不在赘述。

Fly_by 拓扑结构的优点是布线相对简单其中数据组不需要和时钟信号绕等长,这样就可以节省较多的布线空间同时也可以支持更高的信号速率;缺点就是信号到达每片 颗粒的时间不一致,带来了一定嘚skew这个skew需要一定的技术来弥补。同时在前面的文章中也有提到过对Fly_by拓扑影响最大的是主干到颗粒 的那段Stub线,所以必须严格控制stub的长度(时钟信号100mil左右地址、控制等信号150mil左右),这个长度当然是越短越好至于颗粒 间的长度到底影响有多大,前面的文章提问也问到过請看下面的不同位置及长度对比下的信号眼图。


可见颗粒与颗粒间的长度影响也不及stub的影响大但太长了对信号还是有一定的影响,所以根据板内空间及信号质量的综合考虑我们建议颗粒与颗粒的长度控制在1inch内较好。

另 外不管是T型拓扑还是Fly_by拓扑还需要考虑合理的端接,瑺用的端接方式是T型拓扑在第一个分支节点处上拉50欧姆或其他端接电阻到Vtt

而 Fly_by则是在最后一个颗粒处上拉50欧姆或其他端接电阻到Vtt;除了端接电阻,其实当颗粒数目较多时都可以将两种拓扑的主干线路阻抗降低到40

欧姆左右,这样有利于提升信号的质量(前期文章也有讲到过不再赘述)。

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