在PCB设计中如何保证星形拓扑信号的完整性

占星术是我多年的爱好。最近，我的天文爱好者们都在讨论天蝎座在天空中的出现。我试着捕捉星座本身，但要看到完整的结构有点困难，尤其是在该地区有一定程度的光污染的情况下。在黑暗中，我只看到一些模糊的光点。

虽然你的PCB设计中的星形拓扑当然不应该影响你的财富、爱情或业余项目，但它将包含信号完整性的风险。您可能会发现集成芯片(IC)之间的通信减少到一个混乱的电子波动与管理不当的星型拓扑信号完整性。下面我们来看看需要注意什么以及如何成功地管理它。

什么是星型拓扑?

在星形拓扑中，一系列设备，包括发射器和接收器，通过一个节点连接起来。在pcb中，这通常是通过连接在单个总线上的ic看到的。常用信号完整性措施将永远适用于这些设计;然而，这种单总线技术通常涉及时钟和数据信号。

例如，串行外设接口(SPI)信号通常采用星形拓扑进行路由，来自驱动器的原始信号在总线上传输，然后分裂到PCB上各自的接收ic。乍一看，它可能一点也不像一颗星星示意图表示，但它具有星型拓扑路由的所有关注点。

星型拓扑信号完整性的设计考虑

与所有基于信号和频率的事物一样，信号速度将影响星型拓扑信号的完整性。如果你处理的是千赫范围内的信号，你真的不需要担心星型拓扑结构上的信号完整性问题。但是，如果您的设计涉及数百MHz或GHz，则需要特别注意星形拓扑设计中的走线路由和其他方面。与往常一样，尝试在各自的域中匹配上升时间和频率将使信号完整性更易于管理。

有两个主要问题可能会对星型拓扑布局上的传输信号造成严重破坏。首先是时钟倾斜。时钟偏差是指同一总线上的接收器在不同时间接收时钟信号的现象。与数据脉冲相比，当时钟信号具有显著延迟时，时钟倾斜可能是一个主要问题。这可能导致某些数据被启动两次或根本不启动。

高速信号打开星型拓扑的信号完整性问题。

你需要关注的第二个现象是信号反射。当发射机和负载之间的阻抗不匹配时，就会发生信号反射。负载表示走线阻抗和接收器IC的阻抗。当信号的上升时间小于走线长度时，高频反射就成为一个真正的问题。

为了理解信号反射，可以想象海浪撞击海岸的情景。当波浪击中海岸线时，会有一个反射波向后传播并撞击下一个来袭的波浪。当这种情况发生在数据信号上时，它们就会失真，影响信号的完整性。信号反射并非星型拓扑所独有，但当多个数据信号汇聚在单个节点或总线上时，问题就会变得更加严重。

确保星形拓扑在PCB设计中的信号完整性

下次在涉及星型拓扑和高速的PCB设计时，您将希望防止时钟倾斜和反射。

由于时钟信号从发射器到不同接收器的走线不同，PCB中会出现时钟偏差。这种肉眼可能看不出来的差异可能意味着一个IC比其他IC晚得到时钟信号。因此，您需要确保源和所有接收器之间的时钟信号长度相同。您还可以在设计过程中为需要在一定公差范围内匹配长度的所有此类信号添加匹配长度约束。

加一个终端电阻可以消除信号反射

避免信号反射问题的解决办法很简单。您需要检查驱动IC的阻抗，并将其与相同值的终端电阻匹配。然后，您将把终端电阻串联到驱动器。这将提供一个明确的匹配阻抗，并防止信号从星形拓扑上的所有接收节点反弹回来。

不幸的是，并非所有的信号完整性要求都是简单的。为了安全起见，您需要验证您使用的PCB工具在信号完整性方面没有任何问题节奏．具体来说,SI/PI分析工具会让我们更清楚地了解星型拓扑网络中信号的样子。

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