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01 端接方式
(1)串聯(lián)端接:通常添加在源端,應(yīng)使端接電阻與芯片輸出內(nèi)阻之和等于傳輸線的阻抗。
a、芯片輸出引腳到串聯(lián)端接電阻的距離應(yīng)盡可能短,盡量控制在不考慮傳輸線效應(yīng)的長(zhǎng)度范圍內(nèi)。
b、串聯(lián)端接不適用于雙向傳輸?shù)男盘?hào),且如果高電平和低電平的輸出內(nèi)阻不同時(shí),不能完全消除反射。
c、這種線上電壓是驅(qū)動(dòng)電壓的一半,因此不適合用于菊花鏈形式的多負(fù)載拓?fù)?/span>。
d、串聯(lián)端接相當(dāng)于增加了輸出端的RC時(shí)間常數(shù),會(huì)使信號(hào)上升沿變緩,因此不適用于較高速的信號(hào)。
圖1、2 ADS仿真:串聯(lián)端接
(2)并聯(lián)端接:添加在末端,端接的阻抗值應(yīng)與傳輸線阻抗相等。
a、并聯(lián)端接到電源,會(huì)抬高低電平。端接到地,會(huì)拉低高電平;
b、同樣會(huì)使信號(hào)邊沿變緩慢;
c、會(huì)增加直流功耗,且需要驅(qū)動(dòng)端有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。
圖3、4 ADS仿真:并聯(lián)端接
(3)RC端接:在并聯(lián)端接的基礎(chǔ)上串聯(lián)一顆電容,端接電容由信號(hào)的頻率決定,電容過小,會(huì)造成嚴(yán)重的信號(hào)問題。
a、端接電容選擇大電容有利于信號(hào),但選擇的時(shí)候應(yīng)該注意電容的諧振點(diǎn),大電容諧振點(diǎn)低,容易工作在諧振頻率外,呈現(xiàn)感性。會(huì)造成高頻分量衰減過大。
b、AC端接適合周期性信號(hào),不適合非周期性信號(hào)。
c、會(huì)導(dǎo)致容性負(fù)載增加,RC延時(shí)增加。
d、相對(duì)于并聯(lián)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(gè)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(hào)。
a、配置電阻計(jì)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?yàn)橛猩舷吕?/span>會(huì)導(dǎo)致高電平偏低,低電平偏高(相比并聯(lián)端接更加均衡一些)。
d、選取的阻值不匹配,可能會(huì)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(hào)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(lián)端接,這樣當(dāng)信號(hào)為高電平時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生直流功耗。
a、DBI(Data Bus Inversion):信號(hào)每8bit存在4bit以上0時(shí),就會(huì)對(duì)信號(hào)電平進(jìn)行反向,減小0電平帶來的功耗。
b、VrefDQ Training:動(dòng)態(tài)調(diào)整Vref,保證信號(hào)處于最佳眼寬狀態(tài),提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的信噪等級(jí)。
圖9 端接在DDR設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
02 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
常用拓?fù)浞绞剑?/span>點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、菊花鏈(fly-by)、樹形(T)、星形、遠(yuǎn)端簇。
(1)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)?/strong>:信號(hào)由驅(qū)動(dòng)端經(jīng)過傳輸線,直接到達(dá)接收端。
a、手機(jī)中基本上都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),方便控制走線延時(shí)、阻抗。
(2)菊花鏈拓?fù)?/strong>:多負(fù)載拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),按照先后順序依次連到每個(gè)負(fù)載端。
a、適用于低速信號(hào),對(duì)于高速信號(hào)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重反射;
b、Fly-By(DDR走線【DDR一般會(huì)有時(shí)序補(bǔ)償】)是一種短分支的菊花鏈,分支越短對(duì)信號(hào)越有利。
c、第一個(gè)分支的信號(hào)最差,最后一個(gè)分支信號(hào)最好。優(yōu)化第一個(gè)分支滿足要求,則整個(gè)鏈路都沒什么問題。
圖10 菊花鏈拓?fù)涫疽鈭D
圖11、12 ADS仿真:菊花鏈拓?fù)?/span>
(3)樹形拓撲(分支=2):適用于各個(gè)分支負(fù)載等長(zhǎng)的情況,需要驅(qū)動(dòng)端有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。
a、常用的T拓?fù)?,也叫等臂分支,分支?yīng)盡可能短。
b、T拓?fù)浔旧泶嬖诖罅康淖杩共贿B續(xù),如果分支長(zhǎng)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(yīng)該使主干道的區(qū)域盡可能長(zhǎng),分支區(qū)域的盡可能短。
d、使用T拓?fù)鋺?yīng)使兩邊盡可能完全對(duì)稱,對(duì)稱包含等長(zhǎng)和端接等等。
圖13 T拓?fù)涫疽鈭D
圖14、15 ADS仿真:T拓?fù)?/span>
(4)星形拓?fù)浜瓦h(yuǎn)端簇(分支>2):星形拓?fù)湓?/span>源端分開,遠(yuǎn)端簇在末端分開。考慮多負(fù)載的情況,優(yōu)先使用遠(yuǎn)端簇。
a、星形適用于低速且單向傳播的信號(hào),如時(shí)鐘等。使用該拓?fù)鋾r(shí)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。
b、遠(yuǎn)端簇要求末端越短越好。
圖16、17 ADS仿真:星形+遠(yuǎn)端簇
03 容性負(fù)載與補(bǔ)償
(1)容性負(fù)載:
a、分支、負(fù)載、過孔等都會(huì)產(chǎn)生容性負(fù)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(dāng)線路中存在電容時(shí),信號(hào)在到達(dá)的瞬間,電容阻抗為0;隨著電容充電,阻抗逐漸升高,變?yōu)殚_路。
d、電容存在于末端會(huì)導(dǎo)致信號(hào)上升沿變緩。當(dāng)電容足夠大時(shí),會(huì)導(dǎo)致波形幅度達(dá)不到預(yù)期。
e、電容存在于線路中間不但會(huì)導(dǎo)致上升沿變緩,還會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射。
圖18、19 ADS仿真:容性負(fù)載仿真
(2)容性負(fù)載補(bǔ)償:
a、對(duì)于多負(fù)載拓?fù)洌ㄈ缍嗥珼DR),每一負(fù)載都會(huì)引入容性負(fù)載,造成反射會(huì)讓阻抗偏低,由于負(fù)載彼此靠近,被拉低的阻抗來不及恢復(fù)又會(huì)被下一個(gè)容性負(fù)載拉低,因此造成整個(gè)區(qū)域內(nèi)的阻抗偏低。
b、這時(shí)需要容性負(fù)載補(bǔ)償來補(bǔ)償這部分的阻抗,避免阻抗不連續(xù)。補(bǔ)償方式為主通道阻抗降低,容性負(fù)載區(qū)域阻抗增加(具體阻抗可以根據(jù)走線長(zhǎng)度再去仿真)。以平衡容性區(qū)域和主干道區(qū)域的阻抗平衡。
c、對(duì)于>=4片DDR,可以考慮容性負(fù)載補(bǔ)償。
圖20、21 ADS仿真:容性負(fù)載補(bǔ)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(dāng)信號(hào)抵達(dá)分支時(shí),感受到的阻抗是分支和傳輸線并聯(lián)的阻抗,因此會(huì)形成反射。同時(shí)分支會(huì)引入容性負(fù)載,導(dǎo)致tr變緩。分支越長(zhǎng)、對(duì)信號(hào)影響越嚴(yán)重。
(3)常用分支優(yōu)化手段:HID、背鉆、刪除多余盤、兩次過孔。
圖22、23 ADS仿真:分支對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響
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