DDR PCB设计拓扑结构分析

在DDR的PCB设计中，一般需要考虑等长和拓扑结构。等长比较好处理，给出一定的等长精度通常是PCB设计师是能够完成的。但对于不同的速率的DDR，选择合适的拓扑结构非常关键，在DDR布线中经常使用的T型拓扑结构和菊花链拓扑结构，下面主要介绍这两种拓扑结构的区别和注意要点。

T型拓扑结构，也称为星型拓扑结构，其结构如图一所示。星型拓扑结构每个分支的接收端负载和走线长度尽量保持一致，这就保证了每个分支接收端负载同时收到信号，每条分支上一般都需要终端电阻，终端电阻的阻值应和连线的特征阻抗相匹配。星形拓扑结构可以有效地避免时钟、地址和控制信号的不同步问题。

菊花链拓扑结构，如图二所示。和星型拓扑结构不同，菊花链拓扑结构没有保持驱动端到各个负载走线长度尽量一致，而是确保各个驱动端到信号主干道的长度尽量短。菊花链拓扑结构走线的特点，牺牲了时钟、地址和控制信号的同步，但最大的特点是尽可能降低各负载分支走线长度，避免分支信号对主干信号的反射干扰。

在信号频率低于800MHz的情况下，上面两种拓扑结构均能满足系统性能需要。但是当信号速率到达1000MHz甚至更高，T型拓扑结构就不能满足性能需要。原因就在于T型拓扑结构过长的支路走线长度，在不添加终端电阻的情况下很难和主干道实现阻抗匹配，而为了实现各个支路的阻抗匹配添加终端电阻，又加大了电路设计的工作量和成本，是我们不愿意看到的。因此高速信号使用T型拓扑结构，特别是Stub>4的时候，支路信号对主干信号的反射干扰是很严重的。通常DDR2使用和速率要求不高的DDR3使用T型拓扑结构。菊花链拓扑结构主要在DDR3中使用，菊花链拓扑结构的主要优势是支路走线短，一般认为菊花链支路走线长度小于信号上升沿传播长度的1/10，可以有效削弱支路信号反射对主干信号的干扰，不同的书本上说法也不一样，大体上走线长度小于上升沿传播长度的1/6-1/10都是可以的，实际设计中我们肯定希望这个长度越短越好。菊花链拓扑结构可以有效抑制支路的反射信号，但相对于T型拓扑结构，菊花链拓扑结构的时钟、地址和控制信号并不能同时到达不同的DDR芯片。为了解决菊花链拓扑结构信号不同步的问题，DDR3的新标准中加入了时间补偿技术，通过DDR3内部调整实现信号同步。当信号频率高达1600MHz的时候，T型拓扑结构已经无能为力，只有菊花链或其衍生的拓扑结构能满足这样的性能需求。一般的DDR3都会建议采用菊花链拓扑结构的改进型拓扑结构，Fly-by拓扑结构，如图三所示。Fly-by拓扑结构要求支路布线长度Stub=0，Fly-by具有更好的信号完整性。

在菊花链拓扑的实际应用中，为了抑制Stub过长和分支太多对主干信号的反射干扰，以及加强主干信号驱动能力，一般在末端预留端接电阻电路。末端下拉电阻会增大IO口驱动功耗，所以采用末端上拉电阻的方式进行端接。计算信号驱动部分的戴维南等效电压作为上拉电压Vtt，Rt为驱动部分的等效电阻，通常上拉电压取值为IO驱动电压的一般，即Vtt=Vddr/2。