DDR3之PCB拓扑结构与DDR布线要求

1.点对点拓扑 point-to-point scheduling

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。

2.菊花链结构 daisy-chain scheduling

如下图所示，菊花链结构也比较简单，阻抗也比较容易控制。菊花链的特征就是每个接收端最多只和2个另外的接收端/发送端项链，连接每个接收端的stub线需要较短。该结构的阻抗匹配常在终端做，用戴维南端接比较合适。

3. fly-by scheduling

该结构是特殊的菊花链结构，  stub线为0的菊花链。不同于DDR2的T型分支拓扑结构，DDR3采用了fly-by拓扑结构，以更高的速度提供更好的信号完整性。fly-by信号 是命令、地址，控制和时钟信号。如图1所示，源于存储器控制器的这些信号以串行的方式连接到每个DRAM器件。通过减少分支的数量和分支的长度改进了信号 完整性。然而，这引起了另一个问题，因为每一个存储器元件的延迟是不同的，取决于它处于时序的位置。通过按照DDR3规范的定义，采用读调整和写调整技术 来补偿这种延迟的差异。fly-by拓扑结构在电源开启时校正存储器系统。这就要求在DDR3控制器中有额外的信息，允许校准工作在启动时自动完成。

在写调整期间，存储器控制器需要补偿额外的跨越时间偏移（对每个存储器器件，信号延迟是不同的），这是由于fly-by拓扑结构及选通和时钟引入 的。如图2所示，源CK和DQS信号到达目的地有延迟。对于存储器模块的每个存储器元件，这种延迟是不同的，必须逐个芯片进行调整，如果芯片有多于一个字节的数据，甚 至要根据字节来进行调整。该图说明了一个存储器元件。存储器控制器延迟了DQS，一次一步，直到检测到CK信号从0过渡到到1。这将再次对齐DQS和 CK，以便DQ总线上的目标数据可以可靠地被捕获。由于这是由DDR3存储器控制器自动做的，电路板设计人员无须担心实施的细节。设计人员会从额外的裕度 中得到好处，这是由DDR3存储器控制器中的写调整的特性所创建的。

4. 星形结构 star scheduling

结构如上图所示，该结构布线比较复杂，阻抗不容易控制，但是由于星形堆成，所以时序比较容易控制。星形结构需要特别注意D点到适合于单项数据传输，从D-R，而不适合于从R-D。匹配方式一般在R端做匹配，消除终端反射。

5.远端簇结构 far-end cluster scheduling

远端簇结构可以算是星形结构的变种，要求是D到中心点的长度要远远长于各个R到中心连接点的长度。各个R到中心连接点的距离要尽量等长，匹配电阻放置在D附近，常用语DDR的地址、数据线的拓扑结构。

DDR布线要求及拓扑结构分析

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。

                    图一

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。

                                                  图二

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。

                                                       图三

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。