硬體設計之二 訊號設計01 DDR設計

2021-10-23 14:51:43 字數 2813 閱讀 1906

在目前的處理器架構中,ddr是必不可少的一部分。毫無疑問,ddr部分是系統高速訊號中最重要的部分。

本文分為2部分,一部分是對於訊號處理的規則,另一部分是一些注意事項。

這部分的設計以硬體設計指導為參考。大部分的soc廠商都會在這裡給出明確的規則說明,比如intel,amd,安霸,ti等。也有少部分soc廠商會給出一句『請完全複製參考設計』。。。

下面以安霸a7l對ddr的要求為例,其他平台的其實大同小異。

對於拓撲結構的選擇,一定要看晶元是否支援讀寫平衡(read and write leveling)。

如果不支援和ddr2一樣按t拓撲處理。(保證cpu到ddr各支點等長,注意終端電阻要接到最大的t點上)

支援讀寫平衡情況下: 

2-4片顆粒:走t點或是fly-by都可以; 4片及以上顆粒:建議走fly-by。

a7l採用了t型結構。

一般性規則:

ddr3的任何走線層,參考地都要完整,不得有斷續;

ddr3區域內地平面不得切斷。1.5v電源要覆蓋整個ddr3禁布區。此禁布區目的是防止其他訊號干擾ddr3介面。此區域內僅允許走ddr3介面訊號;

ddr3晶元電源平面的目的是ddr3裝置和a7l有最短的電源、地迴路,並且干擾最小;

ddr3佈線區內不允許有無關訊號,包括所有層;

為提高訊號完整性,走線長度要盡量短;

退耦電容靠近器件擺放。

電容到電源的管腳不超過125mil。

每個退耦電容要求有2個過孔(每個管腳乙個)。退耦電容不允許共用過孔。

參考電壓ddr_vref分壓電阻位於ddr3和a7l中間。

ddr_vref寬度至少20mil。bga扇出區、過孔擁塞區可適當變窄,但應盡量接近20mil。

ddr_vref要盡量短。

記憶體匯流排的阻抗(z)在±10%以內。ddr3介面佈線的關鍵在於阻抗匹配和長度匹配。所以,不同的pcb層,走線寬度會不同。

時鐘訊號組

訊號:ddr_ck/ddr_ck_bar。

線長600~1400mil。

長度匹配在±10%以內。

差分阻抗100-ohm。

ddr_ck/ddr_ck_bar平行走線。

ddr_ck/ddr_ck_bar間距取決於差分阻抗要求。

和其它訊號組的間距2倍於線寬。

位址和命令訊號組

訊號:ddr_ba_[0:2],ddr_addr_[0:14],ddr_ras,ddr_cas,和ddr_we。

長度與ddr_ck匹配,±50mil。

單端阻抗50-ohm。

和其它訊號組的間距2倍於線寬。

資料選通訊號組

訊號:ddr_dqs_[0:1]/ddr_dqs_bar[0:1]。

長度匹配: 

——ddr_dqs_[0:1]和ddr_dqs_bar[0:1] ±10mil。

——和ddr_ck ±50mil。

差分阻抗100-ohm。

走線間距取決於差分阻抗要求。

和其它訊號組的間距2倍於線寬。

資料訊號組

訊號:ddr_dq_[0:15]/ddr_dm_[0:1]。

長度匹配: 

——ddr_dq_[0:15]和ddr_dm_[0:1]和ddr_ck匹配 ±50mil(最好的情況是完美匹配於ddr_dqs_[0:1])。

單端阻抗50-ohm。

和其它訊號組的間距2倍於線寬。

以上是ddr訊號設計規則。

這部分介紹一下ddr的pcb設計的一些實際經驗。

原則上希望ddr訊號都能參考gnd。

實際設計中,如果是4層板的話,一般pcb疊層架構是signal-gnd-pwr-signal,而ddr訊號都在同一層是不現實的,那麼必然會有部分參考pwr——注意,這裡的pwr是指ddr的電源平面。此時,同一組訊號,要保障有同乙個參考面。比如訊號線分組是這樣的:

group0:dq0-dq7,dqm0,dqs0p/dqs0n;

group1:dq8-dq15,dqm1,dqs1p/dqs1n;

那麼同一組內的訊號,不能有的參考gnd,有的參考pwr。

而如果是2層板的情況下,那麼只能做共面參考。比如某低成本soc,就採用了雙面板的pcb疊層,ddr訊號部分就沒辦法像4/6/8層板那樣有完整的參考平面,只能做共面參考。

訊號的換層是不可避免的。

ddr訊號的換層次數,原則上來說不要超過兩次,即soc扇出後換層一次(到走線層),到ddr顆粒端換層一次(走線層換到貼片層)。

並且,對於高速訊號,還會要求在換層過孔附近要有gnd過孔提供回流路徑。這一點在ddr的走線中,一般沒有空間單獨打孔,近似的以晶元的gnd過孔為回流路徑。

這部分從概念上來說歸屬於2.1,但是為什麼要單獨列為一點?是因為很容易被忽略。

有的設計人員會發現,明明ddr訊號的參考平面是完整的,但是訊號測量出來總是過衝很大,系統穩定性也不好,執行若干個小時後會發生宕機,宕機現象,頻率不高,卻無法避免。

比如下圖,在回流方向上,整齊的若干個過孔(黃色框部分),完全阻斷了訊號的回流路徑。訊號質量很容易產生問題,引起讀寫資料出錯。

先列出這幾個印象比較深的注意點,其它部分想起來了再做補充。

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