擴展探頭帶寬以提高信號保真度

由于存儲器設(shè)計日趨復(fù)雜和緊湊，數(shù)據(jù)速率越來越高，使用BGA探頭探測DDR DRAM越來越受歡迎并已成為一種需求。DDR3和DDR4數(shù)據(jù)速率從800MT/s增加到約3200MT/s。存儲器系統(tǒng)設(shè)計人員正極為關(guān)注當前BGA探測設(shè)計能否滿足高帶寬要求，以實現(xiàn)最佳的信號保真度。信號保真度對于根據(jù)JEDEC規(guī)范進行精確DDR一致性測量非常重要。此外，存儲器設(shè)計人員還需進行信號完整性測量以完成裕量測試。而且，消除DDR BGA探頭探測效應(yīng)后的裕量可用于設(shè)計中容限更低的元器件。本文將介紹一種新的、可擴展DDR BGA探頭帶寬的探頭校正方法，以增加信號完整性測試的裕量，并最大程度降低DDR BGA探頭引起的誤差。

存儲器系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)已呈現(xiàn)出封裝變小、容量增大及功耗降低的趨勢。設(shè)計越來越緊湊，而數(shù)據(jù)傳輸速率則由DDR3提高到DDR4。這需要尺寸更小的嵌入式電路板設(shè)計，意味著將在更小的電路板空間上放置觸點或連接器以探測關(guān)鍵的DDR信號(時鐘、選通和數(shù)據(jù))，進而完成驗證和測試。對于設(shè)計人員來說，探測已經(jīng)成為一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在不合適的位置進行探測會導(dǎo)致反射和測量結(jié)果失真。在系統(tǒng)中誤放置探頭會增加系統(tǒng)負荷及影響信號保真度，并將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換速率、上升時間、建立和保持時間等測量誤差。為幫助克服這一探測挑戰(zhàn)，工程師目前采用DDR BGA探測。DDR BGA探頭所設(shè)計的獨占空間(KOV)很小，在尺寸上與DRAM十分接近，并可支持示波器訪問存儲器件DRAM中的信號，以進行信號完整性測量(圖1)。這一使用模式要求將BGA探頭焊接到系統(tǒng)上，以及將DRAM焊接到BGA探頭上。焊接需要通過BGA返修臺完成。BGA探頭兩端的示波器焊盤提供示波器與焊入式探頭的連接。

DDR BGA探頭支持接近2GHz的標稱帶寬。BGA探頭需要接近8GHz的帶寬，以支持DDR3和DDR4達1600MT/s以上的數(shù)據(jù)速率。使用探頭校正方法稍加補償之后，BGA探頭便能糾正由探頭損耗特性引起的幅度和帶寬損耗。BGA探頭導(dǎo)致的損耗在高數(shù)據(jù)速率(1600MT/s以上)探測時更為明顯。以前的探頭校正方法允許用戶通過波形變換軟件在示波器中應(yīng)用傳遞函數(shù)，以便對BGA探頭進行補償。可以利用BGA探頭和焊入式探頭的S參數(shù)文件構(gòu)建傳遞函數(shù)文件，BGA探頭的S參數(shù)文件可以通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)、時域反射計(TDR)或仿真軟件直接測量獲得。該方法十分高效，但要求用戶熟悉測量設(shè)備或仿真工具及轉(zhuǎn)換軟件。

使用示波器的最新探頭校正方法支持用戶對DDR BGA探頭進行從探針到示波器的精確交流校準，且無需VNA或TDR等其他儀器。示波器通過輸出一個快速邊沿來進行交流校準。Agilent 90000X系列示波器可輸出15ps邊沿來完整表征VSource、VIn和VOut(其中包括探頭負載特性)，并且可將測量所得信息合成到一個用于DDR BGA探測設(shè)置的定制校正濾波器。這種方法允許用戶對BGA探頭上的每個信號進行探測校正，并消除因制造變化而產(chǎn)生的探頭特性。

DDR BGA探頭校正程序

要想確定應(yīng)用于單個探頭的校正，需要對探頭進行定性分析。進行DDR BGA探頭校正需要設(shè)置直通夾具，然后使用示波器進行交流校準。使用直通夾具設(shè)置BGA探頭的步驟為(圖2)：將焊珠應(yīng)用于BGA探頭外行的所有接地(VSS)信號；將焊珠應(yīng)用于BGA探頭上一個需要探頭校正的信號；通過在大塊陶瓷上輕輕摩擦BGA探頭，將焊珠弄平；切下兩塊z軸連接材料(彈性觸點)并將其用膠帶粘到直通夾具的兩端，以便在焊珠和直通夾具之間提供接觸；借助顯微鏡，將BGA探頭平整置于直通夾具的頂部。這樣，只有感興趣的信號接觸傳輸線，且所有接地珠通過彈性觸點連接到直通夾具的接地端；連接直通夾具與示波器的通道輸入端，并通過SMA電纜將CAL從示波器饋送到直通夾具；將探頭焊接到BGA探頭上的示波器焊盤，并連接到一個通道輸入端。Vin被定義為BGA探測點上BGA探頭加載的信號；VOut是BGA探頭輸出的信號；Vout/Vin校正，探頭輸出端信號是當前信號的精確表現(xiàn)，與探測時完全一致。

可以通過PrecisionProbe軟件使用安捷倫示波器進行交流校準。PrecisionProbe軟件通過Infiniinium系列示波器表征和補償定制探頭。PrecisionProbe表征BGA探頭的頻率響應(yīng)(VOut/VIn或VOut/VSrc)，然后生成加載到示波器硬件的定制濾波器，從而確保BGA探頭具有平坦的頻率響應(yīng)。DDR BGA探頭損耗將得到補償，并且示波器能夠?qū)崿F(xiàn)更高的帶寬。除了頻率響應(yīng)(幅度和相位)測量，PrecisionProbe還提供了交流校準過程中生成的阻抗圖，而且?guī)捒刂浦С钟脩羰褂脼V波器移除不期望的高頻噪聲。該探頭校正方法可支持用戶仿真理想探頭，而無需耗費大量的工程時間和資金來進行設(shè)計。

DDR技術(shù)低成本和低功耗的優(yōu)點使其在移動應(yīng)用領(lǐng)域廣受青睞。由于移動行業(yè)呈現(xiàn)出小尺寸、存儲器高數(shù)據(jù)傳輸速率的設(shè)計和技術(shù)發(fā)展特點，因此，如果沒有可以直接訪問DRAM焊珠上DDR信號的器件，存儲器驗證將很難完成。DDR BGA探頭可幫助存儲器設(shè)計人員訪問DDR信號，使用示波器來進行信號完整性測量，以確保產(chǎn)品符合JEDEC標準。雖然多數(shù)探測都以滿足被測信號帶寬要求為目的，但是尺寸及設(shè)計與制造成本等其他因素也需進行衡量。借助探頭校正工具(例如安捷倫PrecisionProbe)，存儲器設(shè)計人員通過使用現(xiàn)有DDR BGA探頭設(shè)計便可輕 松過度到新的DDR技術(shù)。使用DDR BGA探頭測量高速存儲器(1600MT/s以上的DDR3和DDR4存儲器技術(shù))需要使用PrecisionProbe軟件，以便擴展帶寬并增加信號完整性測試的裕量。生成傳遞函數(shù)模型時，需要關(guān)注源端和接收端阻抗、傳輸線長度、損耗和特性阻抗等極易影響性能的其他系統(tǒng)參數(shù)。使用這些器件評估波形(尤其是高比特率系統(tǒng))，需要結(jié)合使用去嵌入軟件(如安捷倫PrecisionProbe)和InfiniiSim(波形變換工具套件)。