1、菊花链拓扑菊花链一词最基本的概念是指由许多菊花串联而成的花环。早期也叫手拉手链接。一个人最多只能通过两臂抱着另外两个人(相当于一个芯片最多只能通过两条传输线连接另外两个芯片)。后来演变成电子电气工程中的布线方案。比如设备A和设备B通过电缆连接,设备B通过电缆连接到设备C,设备C通过电缆连接到设备d,这种连接方式不会形成网状拓扑,只有相邻的设备才能直接通信。例如,在上面的示例中,设备A不能直接与设备C通信,它们必须通过设备b进行传输。这种方法也不会形成环路。原始定义如下图所示。
原始菊花链
但是在PCB设计中,我们都知道这种拓扑很难实现,后来就演变成了下面这种大家熟悉的结构。
我们熟悉的DDR3的Fly_by拓扑实际上是从菊花链发展而来的。
2、星型拓扑1)什么是星型拓扑?
星型拓扑采用集中式通信控制策略,所有通信由中心节点控制,必须建立和维护多条并行数据路径。
星型拓扑也是一种常用的多负载布线拓扑。驱动器位于恒星的中心,以放射状连接到多个负载。星型拓扑可以有效避免多个负载上信号不同步的问题,使负载上接收的信号完全同步。但是这种拓扑的问题是每个支路需要单独端接,使用的器件很多,驱动器的负载大,所以只有驱动器具备相应的驱动能力才能使用星型拓扑。如果驱动能力不够,就需要加一个缓冲。原始的星型拓扑结构图如下所示。
2)星型拓扑的优点和缺点
星型拓扑的优势:
(1)易于管理和维护。由于所有的数据通信都经过中心节点,所以中心节点可以收集所有的通信条件。
(2)节点易于扩展和移动。当一个节点扩展时,只需要从集线器或交换机等集中设备上拉一条线,而移动一个节点,只需要将对应的节点设备移动到新的节点上,而不是像环网那样“拉一个,动全局”。
(3)易于诊断和隔离故障。由于每个子节点都与中心节点相连,因此可以方便地从中心节点测试每个节点,并将故障节点从系统中分离出来。
星型拓扑的缺点:
(1)安装工作量大,组网成本高。星形结构所需的连接长度增加了电缆成本和安装工作量。
(2)过度依赖中心节点。如果中心节点设备出现故障,整个网络就会瘫痪,所以对中心节点的可靠性要求很高。
这种拓扑主要用于IEEE 802的以太网LAN。2、IEEE 802.3标准。
3、菊花链的布线注意事项和端接方法。菊花链一般适合低速信号。在以前仿真还没有普及的时候,任何一条链都不会有问题,而且在布局和布线上比星型更容易实现,所以是最常见的拓扑。但是随着芯片制造工艺的更新换代,连低速驱动器的上升沿也变得更加陡峭,使得低速不低频,更多的高频元件使得反射成为需要考虑的问题,尤其是多负载菊花链的多次反射,所以菊花链的信号完整性比星型拓扑多很多。
我们来分析一下三个载荷的情况。拓扑如图1所示,驱动电压3.3V,内阻20欧姆,上升沿0.6ns,无损耗传输线,所有接收器端接。
图1
我们扫描分支长度(为了简化分析,所有分支长度统一为c),两个分支之间的距离b,主干长度a。
图2
图3
图4
菊花链最差的波形总是出现在第一个接收机,因为每个阻抗不连续的反射都会影响到这里,所以我们只比较第一个接收机的波形。从星型拓扑的波形分析中,我们知道分支的长度影响步长,所以分支长度越短越好。从图2的扫描结果来看,只有当分支延迟小于上升沿的六分之一时,才没有背沟。反射与上升沿的时间和传输线的长度有关。当传输线的延迟小于上升时间的六分之一时,反射的影响可以忽略或者反射淹没在上升沿。图3的扫描结果还显示两个分支的距离b小于上升时间的六分之一,因此没有沟槽返回。主干的长度a与星型结构相同,主要影响振铃的大小。
分支上升时间小于六分之一是一般原则吗?我不这么认为。边肖又试了四次负载,只有当分支的上升时间小于十分之一时,沟槽才会消失。所以我们可以总结一下菊花链的布线注意事项:短截线越短越好,分支间距越短越好。这就是飞越结构。太难了。如果你做不到,不要担心。尝试终止它。
图5
比如图5是三种负载下不同端接方式的效果对比,蓝色是源端30欧姆匹配的波形,发现源端菊花链匹配的波形改善效果有限;终端匹配(红色波形)明显改善,但因为负载增加,幅度下降一点,戴维宁端接效果更好,负载多可能需要再驱动。当然我们的分析比较简单,不考虑过孔或者接收芯片的输入电容。实际上,实际情况下的多负载菊花链是很难处理的,影响因素太多,所以不要偷懒去弄开收模型的仿真。
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