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01 端接方式
(1)串聯端接:通常添加在源端,應使端接電阻與芯片輸出內阻之和等于傳輸線的阻抗。
a、芯片輸出引腳到串聯端接電阻的距離應盡可能短,盡量控制在不考慮傳輸線效應的長度范圍內。
b、串聯端接不適用于雙向傳輸的信號,且如果高電平和低電平的輸出內阻不同時,不能完全消除反射。
c、這種線上電壓是驅動電壓的一半,因此不適合用于菊花鏈形式的多負載拓撲。
d、串聯端接相當于增加了輸出端的RC時間常數,會使信號上升沿變緩,因此不適用于較高速的信號。
圖1、2 ADS仿真:串聯端接
(2)并聯端接:添加在末端,端接的阻抗值應與傳輸線阻抗相等。
a、并聯端接到電源,會抬高低電平。端接到地,會拉低高電平;
b、同樣會使信號邊沿變緩慢;
c、會增加直流功耗,且需要驅動端有足夠的驅動能力。
圖3、4 ADS仿真:并聯端接
(3)RC端接:在并聯端接的基礎上串聯一顆電容,端接電容由信號的頻率決定,電容過小,會造成嚴重的信號問題。
a、端接電容選擇大電容有利于信號,但選擇的時候應該注意電容的諧振點,大電容諧振點低,容易工作在諧振頻率外,呈現感性。會造成高頻分量衰減過大。
b、AC端接適合周期性信號,不適合非周期性信號。
c、會導致容性負載增加,RC延時增加。
d、相對于并聯端接,有助于減小直流功耗。
圖5、6 ADS仿真:RC端接
(4)戴維南端接:通過兩個電阻來吸收反射,可以獲得最快的電路性能,適用于高速信號。
a、配置電阻計算公式:Z0=(R1*R2)/(R1+R2)
b、通過改變R1和R2的值可以使電壓上偏或者下偏。
c、因為有上下拉,會導致高電平偏低,低電平偏高(相比并聯端接更加均衡一些)。
d、選取的阻值不匹配,可能會加重反射帶來的影響。
e、高低電平下都有電流,增加了直流功耗。
圖7、8 ADS仿真:戴維南端接
(5)DDR3的ODT(On-die Termination)采用的是戴維南端接方式,這樣能保證信號的高低電平更加均衡,噪聲容限更好一些。但戴維南端接的功耗更大,因此在DDR4以后采用了POD端接,也就是并聯端接,這樣當信號為高電平時就不會產生直流功耗。
a、DBI(Data Bus Inversion):信號每8bit存在4bit以上0時,就會對信號電平進行反向,減小0電平帶來的功耗。
b、VrefDQ Training:動態調整Vref,保證信號處于最佳眼寬狀態,提高系統數據總線的信噪等級。
圖9 端接在DDR設計中的應用
02 拓撲結構
常用拓撲方式:點對點、菊花鏈(fly-by)、樹形(T)、星形、遠端簇。
(1)點對點拓撲:信號由驅動端經過傳輸線,直接到達接收端。
a、手機中基本上都是點對點拓撲結構,方便控制走線延時、阻抗。
(2)菊花鏈拓撲:多負載拓撲結構,按照先后順序依次連到每個負載端。
a、適用于低速信號,對于高速信號會產生嚴重反射;
b、Fly-By(DDR走線【DDR一般會有時序補償】)是一種短分支的菊花鏈,分支越短對信號越有利。
c、第一個分支的信號最差,最后一個分支信號最好。優化第一個分支滿足要求,則整個鏈路都沒什么問題。
圖10 菊花鏈拓撲示意圖
圖11、12 ADS仿真:菊花鏈拓撲
(3)樹形拓撲(分支=2):適用于各個分支負載等長的情況,需要驅動端有足夠的驅動能力。
a、常用的T拓撲,也叫等臂分支,分支應盡可能短。
b、T拓撲本身存在大量的阻抗不連續,如果分支長度完全相等,則兩邊的反射大小相等方向相反,可以彼此抵消部分反射。
c、應該使主干道的區域盡可能長,分支區域的盡可能短。
d、使用T拓撲應使兩邊盡可能完全對稱,對稱包含等長和端接等等。
圖13 T拓撲示意圖
圖14、15 ADS仿真:T拓撲
(4)星形拓撲和遠端簇(分支>2):星形拓撲在源端分開,遠端簇在末端分開。考慮多負載的情況,優先使用遠端簇。
a、星形適用于低速且單向傳播的信號,如時鐘等。使用該拓撲時主干走線越短越好,主干走線變短之后,后端走線則接近于點對點傳輸。
b、遠端簇要求末端越短越好。
圖16、17 ADS仿真:星形+遠端簇
03 容性負載與補償
(1)容性負載:
a、分支、負載、過孔等都會產生容性負載;
b、寄生電容:通常封裝0.3~0.4pF,過孔0.6~0.8pF,Die 1~3pF
c、當線路中存在電容時,信號在到達的瞬間,電容阻抗為0;隨著電容充電,阻抗逐漸升高,變為開路。
d、電容存在于末端會導致信號上升沿變緩。當電容足夠大時,會導致波形幅度達不到預期。
e、電容存在于線路中間不但會導致上升沿變緩,還會產生強烈的反射。
圖18、19 ADS仿真:容性負載仿真
(2)容性負載補償:
a、對于多負載拓撲(如多片DDR),每一負載都會引入容性負載,造成反射會讓阻抗偏低,由于負載彼此靠近,被拉低的阻抗來不及恢復又會被下一個容性負載拉低,因此造成整個區域內的阻抗偏低。
b、這時需要容性負載補償來補償這部分的阻抗,避免阻抗不連續。補償方式為主通道阻抗降低,容性負載區域阻抗增加(具體阻抗可以根據走線長度再去仿真)。以平衡容性區域和主干道區域的阻抗平衡。
c、對于>=4片DDR,可以考慮容性負載補償。
圖20、21 ADS仿真:容性負載補償
04 樁線和分支
(1)Stub指走線中多余的線頭,常見于過孔殘樁、未連接走線。
(2)當信號抵達分支時,感受到的阻抗是分支和傳輸線并聯的阻抗,因此會形成反射。同時分支會引入容性負載,導致tr變緩。分支越長、對信號影響越嚴重。
(3)常用分支優化手段:HID、背鉆、刪除多余盤、兩次過孔。
圖22、23 ADS仿真:分支對信號質量的影響
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