高速信号不同应用拓扑结构SI性能对比及设计经验
高速信号不同应用拓扑结构SI性能对比及设计经验
在高速电路设计中，信号完整性（SI）是确保信号质量的关键因素。本文将从时域和频域性能的角度，深入对比点对点、T型分支和Fly-By三种主要的高速接口应用拓扑结构，并分享相关的设计经验。
1. 拓扑结构示意图及走线实例
1.1 Point to Point：点对点
点对点拓扑结构从总体上看最简单，其最明显的优点是整个网络的阻抗特性容易控制，也很容易控制信号的时序关系。因此，在高速电路板中需要进行双向传输的信号线常采用这种拓扑结构。
上图是一个实际的点对点走线方式，这种结构是使用最多，适用的接口类型也比较多。下图是基于DDR的DQ数据类的一个实际走线图。
在设计电路的过程中，为了减少反射所带来的影响，常用的办法是在传输线源端串联电阻进行阻抗匹配，以防止源端的二次反射。
1.2 T-Type分支结构
T型拓扑结构的复杂度较高，而且有多种衍生的树形结构，它们的布线设计也相应的比较复杂些，并且不容易控制阻抗值匹配。但是，由于其结构的对称性，使其信号时序比较容易设计。
树形拓扑结构要求每个分支的端接器的负载应和其对应的走线长度尽量保持一致，即TL1+TL2、TL1+TL2的走线长度尽量保持相等。这样可以保证每个分支端接器的负载同时收到信号，并且每条信号分支一般都需要在终端处进行电阻匹配，使终端电阻的阻值应和连线的特征阻抗相接近。树形拓扑结构在减小反射的同时还可以有效地解决时钟信号、地址信号和控制信号在传输时的不同步问题。
下图是LPDDR4接口CA采用T型走线的方式，其中分支线的阻抗差不多是主支路的两倍或者接近两倍，这样才能保证分支线引入的反射最小。
1.3 Fly-By结构
Fly-By结构是一种特殊的拓扑结构，它结合了点对点和T型分支的优点，同时又克服了它们的一些缺点。Fly-By结构的信号源只驱动一条主干线，负载依次串联在主干线上，这样可以大大减少信号的反射和串扰。
Fly-By结构的典型应用场景是DDR3/DDR4等高速存储接口。在这种结构中，信号源只需要驱动一条主干线，负载依次串联在主干线上，这样可以大大减少信号的反射和串扰。
2. 性能对比
2.1 点对点 vs T型分支
点对点拓扑结构虽然简单，但当需要连接多个设备时，布线会变得非常复杂。而T型分支结构虽然布线复杂度较高，但可以通过对称性设计来优化信号时序。
2.2 T型分支 vs Fly-By
T型分支结构虽然可以解决时钟信号、地址信号和控制信号在传输时的不同步问题，但Fly-By结构通过依次串联的负载设计，进一步减少了信号的反射和串扰，提高了信号的完整性和可靠性。
2.3 Fly-By vs 点对点
Fly-By结构虽然在某些方面优于点对点结构，但在信号源驱动能力和布线复杂度方面，Fly-By结构的要求更高。
3. 设计经验
- 在选择拓扑结构时，需要综合考虑信号的完整性、时序关系、布线复杂度和成本等因素。
- 对于需要双向传输的信号线，建议采用点对点拓扑结构。
- 对于需要解决时钟信号、地址信号和控制信号在传输时的不同步问题的场景，建议采用T型分支结构。
- 对于高速存储接口等需要高信号完整性和可靠性的场景，建议采用Fly-By结构。
4. 总结
高速信号的拓扑结构选择是一个复杂的问题，需要综合考虑多种因素。本文通过对点对点、T型分支和Fly-By三种主要拓扑结构的对比分析，希望能为高速电路设计工程师提供一些参考和帮助。