原创 FLY-BY拓扑，阻抗是怎么不连续的？

 2016-6-12 16:33  1692 24 24 分类: PCB

相比T拓扑，fly- by在传输较高速率信号时更占优势一些，当然fly-by也并不就是完美的，它自身也存在很多缺陷，例如使用fly-by，负载之间有延时差，导致信号不能同时到达接收端。为解决这个问题，DDR3引入了read and write leveling，但是fly-by由于分支结构的存在，通道本身就存在一些缺点。例如：通道阻抗不连续；容性突变对时序的影响等等。下面就来详细的分析一下。

分支处阻抗的不连续程度受stub长度影响

信号通道中只要有分叉就会存在阻抗的不连续，fly-by结构处处是分叉，阻抗不连续问题就很突出，到底这种阻抗不连续到了什么程度呢？下面就通过仿真实例来看看。在仿真软件中搭建如下拓扑结构，扫描通道S参数，再利用S参数反推出各个节点的阻抗。

图1

起初，我们将Stub长度都设定为100mil，扫描通道，得到通道的阻抗曲线如下

图2

由上图2可知，通道中有四次阻抗跌落，这些跌落分别对应该传输线的四个分支。Stub的长度与阻抗跌落的程度是否呈正相关呢？为简化分析过程，我们只允许通道中有一个Stub，扫描Stub长度，看看阻抗的变化趋势

图3

仿真的结果如下图4所示。

图4

上图的结构是不是很容易让我们联想到过孔的Stub，没错，传输线上的Stub和过孔的Stub效应差不多，只不过我们在仿真过孔的时候，一般会选择三维建模，而且，过孔还考虑了焊盘的效应。

由图4的三个波形曲线可知，Stub越长，阻抗掉的越低。为什么会这样？传输线瞬态阻抗计算公式为Z=√(L/C)。就是信号感知的电感与电容的比值再开根号。因为分叉处的传输线与主线之间是并联关系，Stub就像并联在传输线上的小电容，Stub越长，电容量越大，阻抗也就越低。当然，fly-by结构的分支较多，每个分叉处都存在阻抗不连续，信号会在Stub之间来回反射，如图5所示，所以分析起来比较复杂。

图5

像这种复杂的反射，只能借助仿真软件去评估它对信号的影响程度。为了解决这个问题，工程上一般会选择在主通道末端接上上拉电阻。但是，末端端接只能解决末端反射问题，对于分支上的反射是不能完全消除的。

Stub电容效应对传输延时的影响

我们知道，连接在通道中途的短桩线和主通道是并联关系，而这些短桩线本身是有电容的，这就意味着这些小桩线相当于一个个的小电容并联在传输线中。由电容的频率响应曲线可知，电容对信号中的高频分量的阻抗是很低的，也就是说信号中的高频分量会因为通道中并联的小电容被过滤掉。高频分量的损失会导致信号的上升时间的变缓。到底是不是这样呢？

搭建如下拓扑，下图两个通道的长度是完全一致的。驱动端阻抗与传输线阻抗相匹配，在驱动端加载一个上升沿为1ns的激励。

图6

图7

和我们推测的一样，连线中途的Stub会导致信号上升沿出现延迟的现象。因为： TD_0=Len√LC，信号在传输的过程中，每遇到一个Stub就会导致一个小小的延迟，多次累加后就会出现一个较大的延迟。这对高速信号来说，是不可忽略的影响。
工程中会通过线宽补偿来减小这种容性突变，效果究竟怎么样呢，还是通过仿真来看一下。如上拓扑结构，调高Stub以及桩线之间走线的阻抗，看看上升沿的变化。