浅谈阻抗匹配（四）—传输线的具体拓扑结构

在研究传输线匹配之前，我们必须先了解下传输线的具体拓扑结构。

一：拓扑结构

我们常说的拓扑结构，就是指点和线之间的关系图，描述了芯片之间的连接关系。拓扑结构的种类有很多，其中最常见的信号总线拓扑结构可以分为两大类：点对点，点对多点。

1.点对点拓扑结构

点对点（P2P）拓扑结构比较好理解，也就是一对一拓扑结构，即该总线拓扑只在两个芯片之间连接。

图1 点对点拓扑结构

该拓扑结构简单，整个网络的阻抗特性容易控制，时序关系也容易控制，常见于高速双向传输信号线；常在源端加串行匹配电阻来防止源端的二次反射。

点对点驱动方式是指每个输出仅驱动一个负载，这是信号的理想驱动方式。系统中的各种信号（特别是高速信号和时钟信号）应尽可能采用点对点驱动方式。端接方式灵活，可以根据信号要求、单板布线情况， 驱动器件等具体情况，使用源端匹配和终端匹配，信号传输质量可以得到保障。

2.点对多点拓扑结构

点对多点拓扑结构是指一条总线从一个芯片连接到多个芯片的结构，常见有： 菊花链、Flyby、星型、远端簇型、T形拓扑 。

1）菊花链拓扑结构

菊花链一词最基本的概念是指一种由许多菊花串接在一起形成的花环，早期也叫手牵手链接方式。

图2：菊花链拓扑结构

菊花链结构，对于菊花链布线，布线从驱动端开始，依次到达各接收端。如果使用串联电阻来改变信号特性，串联电阻的位置应该紧靠驱动端。在控制走线的高次谐波干扰方面，菊花链走线效果最好。

但这种走线方式布通率最低，不容易100%布通。实际设计中，我们是使菊花链布线中分支长度尽可能短，安全的长度值应该是：Stub Delay <= Trt *0.1.（结构相对简单，阻抗特性容易控制， 比较适合高速率双向传输，控制Stub 长度，终端匹配，总线中同类线要采用相同拓扑）。

例如，高速TTL电路中的分支端长度应小于1.5英寸。这种拓扑结构占用的布线空间较小并可用单一电阻匹配终结。但是这种走线结构使得在不同的信号接收端信号的接收是不同步的。该结构的阻抗匹配常在终端做，用戴维南端接比较合适。

2）Flyby拓扑结构

DDR3常用的Flyby结构其实是由菊花链拓扑结构发展而来。菊花链中的Stub足够短就是Flyby。常用在DDR3、DDR4、DDR5中。

图3：Flyby拓扑结构

3）星形拓扑

图4：星形拓扑

星型拓扑结构如上图所示，该总线拓扑结构下PCB布线比较复杂， 阻抗不容易控制 ，但是PCB布线 时序比较容易控制 ，只要控制从驱动端Driver到各个接收端Receiver的布线长度一致即可。星形拓扑结构需要特别在Receiver端做好信号匹配设计、消除终端反射。

星形拓扑结构可以有效地避免时钟信号不同步问题， 其缺点是每条分支上都需要终端电阻。终端电阻的阻值应和连线的特征阻抗相匹配。这可通过手工计算， 也可通过CAD工具计算出特征阻抗值和终端匹配电阻值。当系统的不同信号接收端信号的接收要求是同步时， 星形拓扑是最合适的。

4）远端簇型

图4：远端簇型拓扑

远端簇型拓扑结构又称为远端星形拓扑结构，实际上是星形拓扑结构的一个改进，只需要在分支节点处终端匹配即可。但需要各个接收端到分支点的距离尽可能近，分支过长会严重影响信号质量。

如果多个 负载之间的距离较近 ，可通过一条传输线与驱动端连接，负载都位于这条传输线的终端，这时只需要一个端接电路。如采用 串行端接 ，则在传输线源端按照阻抗匹配原则加入一串行电阻即可；如采用 并行短接 ，则短接应置于离源端距离最远的负载处，同时，线网的拓扑结构应优先采用菊花链的连接方式。（串始并末）

远端分支拓扑，各个分支长度很短，可以当作一个点对点的串联端接匹配；如果 多个负载之间的距离较远 ，需要通过多条传输线与驱动端连接，这时每个负载都需要一个端接电路。如采用串行端接，则在传输线源端每条传输线上均加入一个串联电阻；如采用并行端接（以简单并行端接为例），则端接应置于离源端距离最远的负载处，同时，线网的拓扑结构应优先采用菊花链的连接方式，如下图所示。

5)**T形拓扑 **

T形拓扑又称为树形拓扑，是一种对称型的远端簇型对称结构。

图5：T形拓扑

T型拓扑结构适用于多负载，单向驱动的总线结构，如地址、控制等。但那时当布线不对称时，信号质量有很大影响，DDR2地址信号就是采用此种拓扑结构。希望每个T点分支长度是小于总线长度的1/3到1/5，希望STUB的长度越小越好。

** 经验：当信号速率400M一下时可以考虑T形，星形结构，400-800M时使用菊花链，800M以上采用Fly-by结构。**