DDR信號測量方法及信號完整性驗證面臨的挑戰(zhàn)與建議

1． DDR概述

　　如今，存儲器件在計算機、汽車與消費電子產(chǎn)品上可謂無所不在。其中DDR SDRAM(雙數(shù)據(jù)率同步動態(tài)隨機存取存儲器)是最常用的存儲器設(shè)計技術(shù)之一，而隨著該技術(shù)的發(fā)展，其傳輸速率在日益加快，功耗在日益降低。

　　傳輸速度加快使得此類存儲器的驗證難度呈指數(shù)上升。存儲系統(tǒng)要準(zhǔn)確工作，其信號完整性必須滿足某種最低要求。因為信號完整性對系統(tǒng)互通性而言非常關(guān)鍵，或者說只有保持信號完整性才能保證不同廠商生產(chǎn)的器件在一起使用時能夠很好地結(jié)合。信號完整性問題會引發(fā)包括時序沖突、協(xié)議背離、時鐘抖動以及由其他總線引發(fā)的錯誤等其它問題。本文介紹了DDR信號的測量方法，DDR信號驗證中面臨的挑戰(zhàn)，并針對其調(diào)試方法給出了相關(guān)建議。文中提到的方法適用于DDR、DDR2、 DDR3 和 SDRAM這一類全緩沖的DIMM系統(tǒng)調(diào)試。為簡單起見，這些內(nèi)存技術(shù)在下文中統(tǒng)稱為DDR。

　　2．測量方法

　　JEDEC規(guī)范定義了DRAM的引腳或球必須滿足的電氣與定時方面的要求。一些較新的DDR DRAM采用了精細(xì)球柵陣列(FBGA)封裝，此封裝下的焊接球很難接觸。因此，我們建議測量時，探頭應(yīng)盡可能接近DRAM的球狀焊點。通常，我們可以在與焊接球相連的過孔上或與其相連的電阻靠近DRAM一側(cè)的焊盤上測量。

　　目前最高級的差分有源電壓探頭能在探頭頂端容性負(fù)載低于0.22pF的情況下達(dá)到高達(dá)13GHz的測量帶寬。此類工具對DDR信號(通常為單端信號)的影響非常小，很適合DDR測量，強烈建議大家使用。由于DDR信號對噪聲非常敏感，因此建議在測量此類信號時采用帶寬足夠大的示波器，以避免示波器的噪聲影響測量。有些示波器具備帶寬壓縮功能，能調(diào)節(jié)至恰好適合測量的帶寬，以實現(xiàn)最精確和可重復(fù)的測量。圖1所示為13 GHz差分有源探頭連接到DDR2 DIMM的過孔上的情形。

　　3．信號驗證所面臨的挑戰(zhàn)

　　同一根數(shù)據(jù)總線上的DDR數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。這使DDR信號驗證變得非常困難，因為我們首先必須分離數(shù)據(jù)總線上復(fù)雜的數(shù)據(jù)流才能對其進(jìn)行信號完整性測量。而要想獨立分析(由存儲控制器和DDR芯片驅(qū)動的)信號完整性和定時關(guān)系，也必須分離數(shù)據(jù)流。

　　在探頭和數(shù)據(jù)總線上存在三種狀態(tài)，讀操作(輸出信號)、寫操作(輸入信號)和高阻(空閑狀態(tài))。8條數(shù)據(jù)總線構(gòu)成一個數(shù)據(jù)群，這個數(shù)據(jù)群與一個選通信號實現(xiàn)源同步。讀信號與寫信號之間有一個重要差異：寫信號與選通信號的邊沿有90度相差，而讀信號與選通信號的邊沿是對齊的。

　　由于DDR信令比較復(fù)雜，因此為了能快速測試、調(diào)試和解決信號上的問題，我們希望能簡單地分離讀/寫比特。此時，最常用的是通過眼圖分析來幫助檢查DDR信號是否滿足電壓、定時和抖動方面的要求。

　　圖1：13 GHz差分有源電壓探頭連接到DDR2 DIMM的過孔上。