存儲器接口設計-認識信號完整性的價(jià)值

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

過(guò)去，設計工程師已在新系統的設計中采用信號完整性(SI)測試并用于穩定產(chǎn)品質(zhì)量。盡管SI在工程階段非常有價(jià)值，但它并非萬(wàn)能藥，隨著(zhù)產(chǎn)品設計不斷深化，其價(jià)值實(shí)際上會(huì )變得越來(lái)越小，并且要用溫度及電壓邊際測試(margin testing)來(lái)補充或替代SI測試以穩定產(chǎn)品質(zhì)量。

表1： 存儲器設計、測試及驗證工具。

正確選擇存儲器設計、測量和驗證的工具將減少工程時(shí)間并增加檢測潛在問(wèn)題的可能性。表1是5個(gè)用于存儲器設計的重要工具的簡(jiǎn) 短描述，由于本文將重點(diǎn)放在用于確認設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計工具，表2說(shuō)明了在什么時(shí)候采用這些工具最為有 效。

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的5個(gè)階段

調試實(shí)驗室沒(méi)有邏輯分析儀對設計和調試是不可思議的，然而，鑒于對成本和時(shí)間的考慮，邏輯分析儀很少成為檢測系統內故障或問(wèn)題的首選工具，它們卻常用來(lái)調試由兼容性或4-角測試(4-corner)所檢測到的問(wèn)題。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)包括5個(gè)階段：

階段1-設計

要在硬件設計中實(shí)現一個(gè)概念或思想，由于沒(méi)有現成的原型，只可采用仿真工具，因此，設計工程師只能依靠電及行為仿真工具來(lái)進(jìn)行設計。

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(huì )在生產(chǎn)(BIOS、功能性等)前就經(jīng)過(guò)多次改變。

設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(gè)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(dòng)和軟件檢驗，由此可得出有價(jià)值的信息，這些信息與基本軟件檢驗相結合，從而指出需要加以改變的數據，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：驗證與設計階段相對的存儲器功能性的工具。

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

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

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(wèn)題出現，組合測試可以確保系統處于生產(chǎn)就緒狀態(tài)，軟件或兼容性的測試必須徹底，這一測試可單獨執行或與邊際測試結合在一起執行，邊際測試 的涵蓋范圍應當是廣泛的。不同的溫度與其極限電壓電平對識別這些問(wèn)題及邊際時(shí)有價(jià)值，這一組合應捕獲可能出現的存儲器故障。

在這一階段SI測試的作用有限，但它可用于調試功能性的故障或確認在阿爾法原型階段所進(jìn)行的改變。SI測試不應用于驗證來(lái)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充性的修改，則有必要通過(guò)電和/或行為仿真或SI對這些修改進(jìn)行確認。

階段4-生產(chǎn)

在生產(chǎn)階段很少對系統進(jìn)行改變，這一階段的重點(diǎn)在于穩定產(chǎn)品質(zhì)量，系統的生產(chǎn)或許需要幾個(gè)月甚至幾年，這一生產(chǎn)或許要用到數百或數千個(gè)元件，公司有一套穩定產(chǎn)品質(zhì)量的程序顯得尤為重要。

在系統進(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以使生產(chǎn)不致中斷。在生產(chǎn)階段，極少對母板的線(xiàn) 跡和布局加以改變，由于SI測試已用于確認那些改變，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/存儲器相關(guān)的問(wèn)題所造成的故障， 首選的工具及穩定產(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錄音機這樣的系統在生產(chǎn)后段沒(méi)有穩定產(chǎn)品質(zhì)量的要求，然而，其它的系統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(dòng)PC及其它器件中尤為常見(jiàn)，而且在生產(chǎn)后段的數年都很重要，邊際測試及兼容性測試成為穩定產(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(wèn)題。

信號完整性測試

電子設計工程師喜歡使用示波器觀(guān)察電路設計并評估信號。圖1顯示了一個(gè)典型的SI捕獲，在這一實(shí)例中，目標照片表明信號來(lái)自單個(gè)DDR同步動(dòng)態(tài)隨機存取存儲器(SDRAM)組件：地址組1、片選擇信號及不同的系統時(shí)鐘。

SI測試過(guò)程用系統信號的示波器光圖來(lái)評估電壓隨時(shí)間的變化，這些光圖或“捕獲”通過(guò)視覺(jué)來(lái)評價(jià)違規狀態(tài)，這種方法因對工程專(zhuān)家的水平提出高的要求，因而是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程。

如圖1所示的SI測試圖能夠反映出振鈴、上沖/下沖和時(shí)鐘沖突(斜率、建立/保持時(shí)間、總線(xiàn)爭用等)，假如上述狀況中有任何一種出現，通過(guò)兼容性及邊際測試都能輕易發(fā)現系統故障，在這些問(wèn)題被發(fā)現后，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(lái)越困難并且消耗時(shí)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)被增加到設計當中，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(gè)封裝內，這些封裝既可用鑄?；衔镆部捎妹荛]的方法加以保護，并且封裝內的信號無(wú)法被探測到。