存儲器接口設(shè)計-認(rèn)識信號完整性的價值

存儲器和其它組件之間的問題通常存在于這些器件之間的接口上，這些系統(tǒng)級的問題有時候是難以覺察的。本文詳述了一種能夠很容易地識別和解決這些出現(xiàn)在存儲器接口上問題的測試工具，從而使你的設(shè)計更為魯棒。

過去，設(shè)計工程師已在新系統(tǒng)的設(shè)計中采用信號完整性(SI)測試并用于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。盡管SI在工程階段非常有價值，但它并非萬能藥，隨著產(chǎn)品設(shè)計不斷深化，其價值實(shí)際上會變得越來越小，并且要用溫度及電壓邊際測試(margin testing)來補(bǔ)充或替代SI測試以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。

表1： 存儲器設(shè)計、測試及驗證工具。

正確選擇存儲器設(shè)計、測量和驗證的工具將減少工程時間并增加檢測潛在問題的可能性。表1是5個用于存儲器設(shè)計的重要工具的簡 短描述，由于本文將重點(diǎn)放在用于確認(rèn)設(shè)計的功能性及魯棒性的工具上，這一列表并未完全列出所有的存儲器設(shè)計工具，表2說明了在什么時候采用這些工具最為有 效。

產(chǎn)品開發(fā)的5個階段

調(diào)試實(shí)驗室沒有邏輯分析儀對設(shè)計和調(diào)試是不可思議的，然而，鑒于對成本和時間的考慮，邏輯分析儀很少成為檢測系統(tǒng)內(nèi)故障或問題的首選工具，它們卻常用來調(diào)試由兼容性或4-角測試(4-corner)所檢測到的問題。產(chǎn)品開發(fā)包括5個階段：

階段1-設(shè)計

要在硬件設(shè)計中實(shí)現(xiàn)一個概念或思想，由于沒有現(xiàn)成的原型，只可采用仿真工具，因此，設(shè)計工程師只能依靠電及行為仿真工具來進(jìn)行設(shè)計。

階段2-阿爾法原型

阿爾法原型是最初或較早的原型，它可能會在生產(chǎn)(BIOS、功能性等)前就經(jīng)過多次改變。

設(shè)計工程師必須在阿爾法原型上進(jìn)行足夠的測試以確保下一個原型，至少從硬件角度講，將接近生產(chǎn)就緒狀態(tài)。就這一點(diǎn)而言，可靠的工具將至關(guān)重要。

首先要采用的工具是啟動和軟件檢驗，由此可得出有價值的信息，這些信息與基本軟件檢驗相結(jié)合，從而指出需要加以改變的數(shù)據(jù)，由于基本硬件改變尚有可能，徹底的軟件檢驗或許尚不可行。

表2：驗證與設(shè)計階段相對的存儲器功能性的工具。

在這個階段SI測試起著重要作用，它捕獲線路板上線跡的模擬信號，這些捕獲可與仿真或器件規(guī)格進(jìn)行比較來確定這一器件是否符合規(guī)格及有充足的時序裕量，否則，就必須對器件加以改進(jìn)。

然而，有一種在這個階段不應(yīng)使用的工具是邊際測試，該測試只能在硬件完成后采用。在運(yùn)行相應(yīng)的測試后，設(shè)計工程師要進(jìn)行一系列設(shè)計變更，包括可能要通過電或行為的仿真來確保設(shè)計達(dá)到所需的效果。

階段3-貝塔原型

在最后階段(貝塔原型)，硬件接近成品狀態(tài)， 僅有一些很小的問題出現(xiàn)，組合測試可以確保系統(tǒng)處于生產(chǎn)就緒狀態(tài)，軟件或兼容性的測試必須徹底，這一測試可單獨(dú)執(zhí)行或與邊際測試結(jié)合在一起執(zhí)行，邊際測試 的涵蓋范圍應(yīng)當(dāng)是廣泛的。不同的溫度與其極限電壓電平對識別這些問題及邊際時有價值，這一組合應(yīng)捕獲可能出現(xiàn)的存儲器故障。

在這一階段SI測試的作用有限，但它可用于調(diào)試功能性的故障或確認(rèn)在阿爾法原型階段所進(jìn)行的改變。SI測試不應(yīng)用于驗證來自未被改變的阿爾法原型的信號或網(wǎng)絡(luò)。假如在貝塔原型階段有任何補(bǔ)充性的修改，則有必要通過電和/或行為仿真或SI對這些修改進(jìn)行確認(rèn)。

階段4-生產(chǎn)

在生產(chǎn)階段很少對系統(tǒng)進(jìn)行改變，這一階段的重點(diǎn)在于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，系統(tǒng)的生產(chǎn)或許需要幾個月甚至幾年，這一生產(chǎn)或許要用到數(shù)百或數(shù)千個元件，公司有一套穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的程序顯得尤為重要。

在系統(tǒng)進(jìn)入生產(chǎn)階段后對元件上進(jìn)行一系列的質(zhì)量測試，可以確保足夠的元件供應(yīng)以使生產(chǎn)不致中斷。在生產(chǎn)階段，極少對母板的線 跡和布局加以改變，由于SI測試已用于確認(rèn)那些改變，在這一階段，SI測試不再必要。此外，SI測試不能捕獲以往由系統(tǒng)/存儲器相關(guān)的問題所造成的故障， 首選的工具及穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵是兼容性及邊際測試。

階段5-后期制作

像MP3播放器或DVD錄音機(jī)這樣的系統(tǒng)在生產(chǎn)后段沒有穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的要求，然而，其它的系統(tǒng)可能有存儲器升級或支持的要求，這一點(diǎn)在筆記本電腦、移動PC及其它器件中尤為常見，而且在生產(chǎn)后段的數(shù)年都很重要，邊際測試及兼容性測試成為穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

圖1：從示波器所獲得的典型的信號完整性問題。

信號完整性測試

電子設(shè)計工程師喜歡使用示波器觀察電路設(shè)計并評估信號。圖1顯示了一個典型的SI捕獲，在這一實(shí)例中，目標(biāo)照片表明信號來自單個DDR同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SDRAM)組件：地址組1、片選擇信號及不同的系統(tǒng)時鐘。

SI測試過程用系統(tǒng)信號的示波器光圖來評估電壓隨時間的變化，這些光圖或“捕獲”通過視覺來評價違規(guī)狀態(tài)，這種方法因?qū)こ虒＜业乃教岢龈叩囊?，因而是一個耗時的過程。

如圖1所示的SI測試圖能夠反映出振鈴、上沖/下沖和時鐘沖突(斜率、建立/保持時間、總線爭用等)，假如上述狀況中有任何一種出現(xiàn)，通過兼容性及邊際測試都能輕易發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，在這些問題被發(fā)現(xiàn)后，其它的工具(邏輯分析儀、SI測試等)能夠確定故障的原因。

SI分析的局限性

SI分析正變得越來越困難并且消耗時間，在像FBGA封裝這樣的情況下，幾乎不可能進(jìn)行SI分析，原因何在？除非探測點(diǎn)被增加到設(shè)計當(dāng)中，在FBGA封裝中是不可能探測到信號的。

在多芯片模組(MCM)封裝中，將各種不同的芯片組合在一個封裝內(nèi)，這些封裝既可用鑄?；衔镆部捎妹荛]的方法加以保護(hù)，并且封裝內(nèi)的信號無法被探測到。