用高帶寬混合信號示波器進(jìn)行DDR驗證和調試的技巧

DDR存儲器，也稱(chēng)雙倍數據率同步動(dòng)態(tài)隨機存儲器，常用于高級嵌入式電路系統的設計，包括計算機、交通運輸、家庭娛樂(lè )系統、醫療設備和消費類(lèi)電子產(chǎn)品。 DDR的廣泛采用也推動(dòng)著(zhù)DDR存儲器自身的研發(fā)，在DDR 1和DDR 2逐漸得到普及并成熟運用于某些行業(yè)的同時(shí)，新的DDR技術(shù)也開(kāi)始出現在電子產(chǎn)品設計中，如DDR3(第三代DDR技術(shù))和LPDDR(低功耗DDR技術(shù))器件，它們能提供更高的性能。你可能認為DDR存儲器的設計非常簡(jiǎn)明，但事實(shí)上，這些存儲器件中更高的數據率和更低的電壓常常會(huì )令你感到很難有設計裕量。此外，DDR接口是最為復雜的高速接口之一，因為每個(gè)存儲器件上都有很多引腳；DDRII/III DQS、DQ等信號線(xiàn)不是簡(jiǎn)單的邏輯1和邏輯0，還包括高阻態(tài)；高速數據傳輸速率已經(jīng)達到USB2.0和PCI -Express等串行技術(shù)的數百兆位每秒水平。這樣一來(lái)，驗證DDR接口成為一項繁雜的任務(wù)。雖然示波器廣泛用于DDR接口的高性能物理層驗證，但 DDR存儲器技術(shù)的復雜性使常規示波器的驗證和調試成為一項挑戰。它可能會(huì )限制你進(jìn)一步測量的能力，如讀寫(xiě)數據分離、命令觸發(fā)、狀態(tài)機解碼和協(xié)議調試。針對此，本文將重點(diǎn)介紹常規示波器驗證過(guò)程中所遭遇的挑戰，以及MSO如何應對這些挑戰。
　驗證挑戰

　　DDR存儲器接口的復雜，不僅體現在它是并行接口，每一根數據信號的傳輸率達幾百兆甚至超過(guò)1G比特每秒，而且還體現在DDR存儲器控制器和 DDR芯片間大量的信號互連。一個(gè)典型DDR器件有20個(gè)以上的信號，包括時(shí)鐘、6個(gè)控制信號、12個(gè)地址信號、1個(gè)選通信號和8個(gè)數據信號。當啟動(dòng)一項操作時(shí)，存儲器控制器要通過(guò)輸出至DDR芯片的控制信號發(fā)布命令。傳統示波器只有4個(gè)模擬輸入通道，而您可能需要同時(shí)連接所有6個(gè)控制信號，來(lái)確定發(fā)送至 DDR接口的命令類(lèi)型，更不用說(shuō)很多時(shí)候設計人員需要同時(shí)觀(guān)察時(shí)鐘、數據選通和數據信號。

　　即使設計人員能根據有限的控制信號推導出命令或狀態(tài)，但依據每一控制信號的高低狀態(tài)解碼當前命令，并回溯至DDR規范的真值表仍很困難。即使有可能實(shí)現，這也會(huì )是極為費時(shí)和容易出現人為錯誤的任務(wù)。解碼成百，甚至上千的長(cháng)波形跡線(xiàn)并保持跟蹤則會(huì )是一場(chǎng)噩夢(mèng)。由于示波器不能自動(dòng)提供實(shí)時(shí)信息，手動(dòng)查錯工作將因費時(shí)費力而失去效率和效果。

　　由于受示波器通道數的限制，設計人員也許不能對所關(guān)注的信號作任何有意義的測量。例如當把示波器通道接至一個(gè)時(shí)鐘信號和三個(gè)控制信號后，就已經(jīng)用完了所有的示波器通道。因此不能查看存儲器控制器要訪(fǎng)問(wèn)的地址信號，或是正在DDR總線(xiàn)上傳輸的數據信號。

　　對于存儲器控制器和DDR芯片的驗證來(lái)說(shuō)，隔離讀寫(xiě)操作的能力至關(guān)重要。由于DDR總線(xiàn)上的讀和寫(xiě)操作使用相同的數據選通和數據信號進(jìn)行通信，沒(méi)有將讀和寫(xiě)操作區分開(kāi)來(lái)分析的能力意味著(zhù)示波器捕獲的波形將是混亂的，不能有效表征存儲器控制器和DDR芯片的性能特性。要隔離讀寫(xiě)操作，就需要用有限的示波器通道隔離用于讀寫(xiě)命令的控制信號，但這是非常艱巨的任務(wù)。是否有隔離讀寫(xiě)操作的更有效方法呢？

　　如果上述挑戰對你來(lái)說(shuō)還是可以應對的，別忘了你還需要花時(shí)間驗證JEDEC規范定義的每一項測試參數。由于測試列表可能很長(cháng)，因此往往難以全面表征每一項測試。進(jìn)行手動(dòng)測量并不可取，而更不可取的是測試報告必須人工記錄和編制報告格式。有沒(méi)有可用于執行測量的已開(kāi)發(fā)工具呢？最重要的是物理層和協(xié)議層的查錯極為棘手。通常情況下要同時(shí)使用邏輯分析儀和示波器，但這將增加成本和學(xué)習時(shí)間。上述所有對傳統示波器的挑戰導致出現了對全新示波器的巨大需求，這種示波器應有不止4 個(gè)輸入通道，還具備適用于驗證和調試DDR接口的新能力。

　　圖1：混合信號示波器(MSO9000A)上的模擬通道和邏輯通道提供復雜的觸發(fā)、狀態(tài)機解碼和協(xié)議測量，以超出傳統示波器的能力完成復雜的DDR驗證和調試。