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PCB 中电源、数据和外设的布线拓扑
PCB 中电源、数据和外设的布线拓扑
PCB 上和更大系统中板之间的更先进的数字接口借鉴了标准网络拓扑结构。虽然多年来外形因素可能发生了变化，但电子产品中组件和子系统之间的电气连接结构根本没有改变。
如果您是一名刚开始使用 DDR 等高级接口的新设计师，或者您正在布线您的第一个总线协议，那么了解有关 PCB 布线拓扑的一些基础知识很重要。还有设计电源分配的问题，它可以有自己的电源总线路由协议、电路板之间的连接，并确保系统中的接地一致。
PCB 中的常见布线拓扑
整个 PCB 中使用几种常见的布线拓扑来布线电源、数字数据，甚至一些特殊的模拟系统。一些高级拓扑用于计算机外围设备，如存储器。PCB 中的常见路由拓扑与其网络拓扑类似物具有相同的名称，因此熟悉这些领域会有所帮助。与网络不同，在 PCB 设计中实现路由拓扑配置的目标不仅限于组件之间的数据传输。电源也以确定的拓扑围绕系统“路由”，并且可能出于各种原因选择不同的拓扑。
下图总结了常见的网络拓扑，其中一些可能用于 PCB 设计的各个领域。
其中一些标准拓扑可能在您的 PCB 中用作布局和布线拓扑。
此图中的每个框都可以是板上的单个组件、包含多个组件的板上的电路块或多板系统中的单个板。当我们缩小到更高的抽象级别时，我们开始看到这些拓扑如何开始类似于标准网络拓扑。在细粒度级别，我们查看单个组件，这些拓扑中只有一些在板级是实用的。下表总结了这些不同的拓扑是如何在 PCB 上或在多个板之间的系统级实现的。
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拓扑 |
应用领域 |
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公共点 |
- 在板级实现的 I2C 等数字协议 - 电力调配 |
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点对点（线性） |
- 一些高速路由拓扑，其中一些类似于总线路由，在板级实现 |
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网 |
- 通常不与板级或系统级的铜介质一起使用 - 可以轻松实现无线（例如，使用蓝牙） |
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拓扑 |
- 与接口无关的组件布局拓扑 - 主机控制器与外围设备（例如，CPU 和外围设备）的接口 - 也可用于板级或系统级配电 |
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介质 |
- 通常不与板级铜介质一起使用 - 系统级不灵活 |
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树型 |
- 当存在多个处理器时，可以在板级实现（例如，主 CPU 控制 MCU 等） - 也可用于多电压/电流的配电 - 典型的系统级 |
一些评论在这里很有用，因为它显示了每个拓扑可能有用的地方以及它们如何实际用于系统的不同部分。
星形布线可用于为 单个配电点提供多个 接地连接。星形拓扑还与高速 PCB 中的系统时钟一起使用，如下面的 BGA 图像所示。信号源自单个点，并根据需要路由到板上的不同组件。请注意，术语“源单点”和“星形”是同一拓扑结构的两个不同名称。与星型拓扑的不同之处在于该源点位于下游组件的中心。
树形路由（或多点）适用于层次结构中的多个“星”的相同想法，其中多个电源轨从单个点断开并发送到不同的电路块或设备。另一种变体是源多点拓扑，其中单个电源轨用作总线并向下游电路块供电。
上表中拓扑的一些变体用于更高级的数字协议。两个重要的例子是 DDR2 及更高版本，以及 PCIe。
内存和计算机外设的路由拓扑
当谈到内存模块及其与处理器的接口时，更复杂的拓扑组合将连接板内的设备。简单的点对点拓扑也用于 PCIe 等高级协议。让我们看看这些示例，因为它们说明了标准路由拓扑如何适应高级信令标准。
T型拓扑
T 拓扑用于 DDR2 和较不先进的 DDR3 版本。这是树和点对点网络路由拓扑的组合。命令、时钟和地址跟踪在树型网络中布线，而数据线则直接与处理器以点对点方式布线。虽然这种拓扑对于利用更高的数据速率很有用，但可用内存模块的数量和数据传输速率受到电容负载的限制。
飞越拓扑
较新的 DDR 内存模块使用飞越拓扑。DD3 和 DDR4 中使用的主要拓扑代表了点对点网络和总线网络之间的组合。电源/接地、命令、时钟和地址信号通过总线路由到每个 DRAM/SDRAM，然后使用差分对路由到处理器 。与 DDR2 和更早的内存相比，这是一次重大升级。与 T 拓扑相比，飞越拓扑支持以更高的数据速率运行，同时减少从处理器传输到内存模块的重载信号之间的时序偏差。
较新的内存架构，例如采用英特尔 3D Xpoint 的 NAND 闪存，在封装内具有内部交叉型拓扑。尽管如此，制造商仍会为 PCB 上的实际布局推荐点对点拓扑。然而，星型和 T 型拓扑也可用于 NAND 闪存封装。对 NAND 闪存封装使用点对点拓扑非常简单，可以使用低成本的四层堆叠。在这种情况下，接地和电源放置在内层，信号在表层布线。
PCIe 的点对点路由
PCIe 是一种双向串行协议，它在外围设备之间使用点对点路由拓扑，其中组件沿互连级联。在某些方面，PCIe 表现为并行总线架构，但实际情况并非如此，因为 PCIe 总线中的不同通道并没有分配给不同的设备。PCIe 通道使用阻抗控制的差分对 布线和单独的 Tx 和 Rx 通道。
PCIe 点对点拓扑中的线对长度不需要相同。换言之，RX 对的长度可以与 TX 对的长度不同，反之亦然，只要构成对的走线长度匹配即可。要了解有关 PCIe 互连设计的重要技术点的更多信息，请查看以下资源：
PCIe 布局和路由指南
PCIe 信号以更高的速度穿过盲孔会发生什么？
PCIe 5.0 布局和路由的内容是什么？
技术在不断进步，尤其是在计算机外围设备和存储设备方面。这意味着工程师和系统设计师需要更强大的工具来跟上新发展的步伐。 Altium Designer ®将布局和布线功能与验证、模拟和生产准备工具一起集成到一个程序中。您将拥有为任何应用程序实现路由拓扑所需的高级工具。