DDR信號測量方法及信號完整性驗證面臨的挑戰與建議

1． DDR概述

　　如今，存儲器件在計算機、汽車(chē)與消費電子產(chǎn)品上可謂無(wú)所不在。其中DDR SDRAM(雙數據率同步動(dòng)態(tài)隨機存取存儲器)是最常用的存儲器設計技術(shù)之一，而隨著(zhù)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(lèi)存儲器的驗證難度呈指數上升。存儲系統要準確工作，其信號完整性必須滿(mǎn)足某種最低要求。因為信號完整性對系統互通性而言非常關(guān)鍵，或者說(shuō)只有保持信號完整性才能保證不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的器件在一起使用時(shí)能夠很好地結合。信號完整性問(wèn)題會(huì )引發(fā)包括時(shí)序沖突、協(xié)議背離、時(shí)鐘抖動(dòng)以及由其他總線(xiàn)引發(fā)的錯誤等其它問(wèn)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，并針對其調試方法給出了相關(guān)建議。文中提到的方法適用于DDR、DDR2、 DDR3 和 SDRAM這一類(lèi)全緩沖的DIMM系統調試。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，這些內存技術(shù)在下文中統稱(chēng)為DDR。

　　2．測量方法

　　JEDEC規范定義了DRAM的引腳或球必須滿(mǎn)足的電氣與定時(shí)方面的要求。一些較新的DDR DRAM采用了精細球柵陣列(FBGA)封裝，此封裝下的焊接球很難接觸。因此，我們建議測量時(shí)，探頭應盡可能接近DRAM的球狀焊點(diǎn)。通常，我們可以在與焊接球相連的過(guò)孔上或與其相連的電阻靠近DRAM一側的焊盤(pán)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載低于0.22pF的情況下達到高達13GHz的測量帶寬。此類(lèi)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(lèi)信號時(shí)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，能調節至恰好適合測量的帶寬，以實(shí)現最精確和可重復的測量。圖1所示為13 GHz差分有源探頭連接到DDR2 DIMM的過(guò)孔上的情形。

　　3．信號驗證所面臨的挑戰

　　同一根數據總線(xiàn)上的DDR數據傳輸是雙向的。這使DDR信號驗證變得非常困難，因為我們首先必須分離數據總線(xiàn)上復雜的數據流才能對其進(jìn)行信號完整性測量。而要想獨立分析(由存儲控制器和DDR芯片驅動(dòng)的)信號完整性和定時(shí)關(guān)系，也必須分離數據流。

　　在探頭和數據總線(xiàn)上存在三種狀態(tài)，讀操作(輸出信號)、寫(xiě)操作(輸入信號)和高阻(空閑狀態(tài))。8條數據總線(xiàn)構成一個(gè)數據群，這個(gè)數據群與一個(gè)選通信號實(shí)現源同步。讀信號與寫(xiě)信號之間有一個(gè)重要差異：寫(xiě)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信令比較復雜，因此為了能快速測試、調試和解決信號上的問(wèn)題，我們希望能簡(jiǎn)單地分離讀/寫(xiě)比特。此時(shí)，最常用的是通過(guò)眼圖分析來(lái)幫助檢查DDR信號是否滿(mǎn)足電壓、定時(shí)和抖動(dòng)方面的要求。

　　圖1：13 GHz差分有源電壓探頭連接到DDR2 DIMM的過(guò)孔上。