差分信號圖_差分信號電路圖

　　在大學差分信號圖的“微機原理”課程中差分信號圖，大家一定學過PCI總線知識，PCI總線就是典型的“多負載”總線，PCI數(shù)據(jù)線、地址線都是連接多個負載。

　　早期的電腦主板會有多個PCI插槽、每個PCI插槽都可以增加一個PCI外設板卡（如：聲卡、顯卡、網(wǎng)卡 等），每個PCI外設板卡都可以理解為一個負載，外設板卡與CPU之間的通信通過PCI總線連接，例如：Data0信號就要把CPU主板、聲卡、顯卡、網(wǎng)卡等多塊PCB板連接在一起。

　　PCI總線是典型的并行總線，缺點是占用芯片管腳數(shù)量太多，不利于系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換容量的提升。所以，在并行總線的基礎上，出現(xiàn)了串行總線、一對差分串行信號的信號速率相當于以往多條單端并行信號的信號速率總和，這需要借助于芯片的SerDes技術。

　　所謂“總線拓撲結構”，適用于多負載總線，指的是一條總線上的負載間的連接方式。舉個簡單的例子：A、B、C三個負載通過總線進行連接，物理實現(xiàn)上可以先把A和B進行連接、再把B和C進行連接差分信號圖；也可以先把A和C進行連接、再把C和B進行連接；也可以從A把總線引出、在連接B/C之前在某點進行分叉再連接到B和C。

　　1.常見信號拓撲結構

　　最常見的信號總線拓撲結構有以下四種：

　　點到點、菊花鏈、星型、遠端簇型。

　　1.1 點到點拓撲結構

　　該拓撲結構簡單，整個網(wǎng)絡的阻抗特性容易控制，時序關系也容易控制，常見于高速雙向傳輸信號線；常在源端加串行匹配電阻來防止源端的二次反射。

　　1.2 菊花鏈拓撲結構

　　如上圖所示，菊花鏈拓撲結構也比較簡單，阻抗比較容易控制。

　　菊花鏈拓撲結構的特征是每個接收端最多只和2個另外的接收端/發(fā)送端相連，連接每個接收端的stub線需要較短。該結構的阻抗匹配常在終端做，用戴維南端接比較合適。

　　1.3 星型拓撲結構

　　星型拓撲結構如上圖所示，該總線拓撲結構下PCB布線比較復雜，阻抗不容易控制，但是PCB布線時序比較容易控制，只要控制從驅動端Driver到各個接收端Receiver的布線長度一致即可。星形拓撲結構需要特別在Receiver端做好信號匹配設計、消除終端反射。

　　1.4 遠端簇型拓撲結構

　　遠端簇型拓撲結構可以看做是星型拓撲結構的一種變形結構。

　　遠端簇型拓撲結構要求從驅動端Driver到交叉T點的PCB布線長度要遠遠大于交叉T點到各個接收端Receiver的PCB布線長度，同時交叉T點到各個接收端Receiver的距離要盡量等長，信號匹配設計可以做在交叉T點處。

　　遠端簇型拓撲結構是一種常用于DDR總線的地址、數(shù)據(jù)線PCB布線設計的拓撲結構。

　　2.信號拓撲結構設計關注點

　　多負載總線的拓撲結構在實際PCB設計實現(xiàn)時，需要關注以下三個方面：

　　時序、Stub、信號匹配

　　（1）時序：總線一般會有傳輸延時、總線間時序關系（相對延時）的要求，在PCB設計實現(xiàn)時需要考慮：從驅動器到接收器的PCB走線長度、一組總線的PCB布線等長設計；

　?。?）Stub：通俗的說就是PCB走線分叉，Stub長度控制的越短、信號由于分叉造成的反射影響就會越小，信號質量越容易控制。

　　Stub在哪些情況下存在呢，實際上Stub在實際互連鏈路中是隨處存在的；

　　比如，PCB的孔一般是通孔、即從TOP面打通到BOTTOM面，而PCB走線的連接如果位于中間某層，從信號傳輸流向的角度考慮，PCB孔的一部分就會成為Stub，如下圖所示：這是PCB過孔的剖面圖，信號從紅色走線通過過孔連接流向藍色走線，這時圖中標識的藍色走線以下的過孔孔銅就會是此信號傳輸鏈路的Stub、多余無用的走線分叉；

　　再比如，PCB走線直接連接到接收端芯片管腳，這時從互連鏈路設計表面上看，走線已經(jīng)不存在Stub了，但對于多負載總線即使在這種理想布線的情況下同樣是存在Stub的，因為芯片本身會有封裝，封裝內(nèi)也存在銅互連走線，芯片器件封裝內(nèi)的銅互連走線對其它接收端互連鏈路來說也是一段Stub，只是這段Stub比較短、通常被忽略了而已；

　　從PCB設計的角度，要控制Stub，一方面要嚴格按照仿真確定的布線拓撲結構與規(guī)則進行布線設計，另一方面在布線設計習慣上要注意不要隨意在互連鏈路上增加過孔Via、盡量將PCB走線連接到芯片管腳或距離芯片管腳很近的Via。

　　PCB上對于連接器孔Stub有一種Backdrill的加工工藝，就通過增加一次鉆孔工序將無用的孔銅去除，通常這種加工工藝用于信號速率超過3.125Gbps以上的信號速率，是否需要Backdrill可以通過信號仿真分析確定，示意圖如下：

　?。?）信號匹配：信號不管是在驅動端還是在接收端進行匹配設計，核心思路是控制信號輸入輸出及阻抗匹配，這部分內(nèi)容會在下一期進行介紹。

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