SDRAM和DDR布線(xiàn)指南

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* SDRAM和DDR布線(xiàn)指南 *
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    2007/02/03  asdjf@163.com  www.armecos.com

    ecos應(yīng)用是與硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)的，雖然開(kāi)發(fā)板沒(méi)有涉及到SDRAM和DDR，不過(guò)，在某些高端平臺(tái)上使用ecos可能會(huì)遇到內(nèi)存布線(xiàn)問(wèn)題，為了完整敘述，這里一并給出說(shuō)明。
    
    很多人對(duì)內(nèi)存布線(xiàn)感到迷茫，找不到切入點(diǎn)，不知如何下手，其實(shí)高速硬件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是與干擾做斗爭(zhēng)，內(nèi)存布線(xiàn)也不例外?？梢赃@樣考慮：內(nèi)存是 做什么用的呢？是用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，寫(xiě)入1讀出1，寫(xiě)入0讀出0，即保證數(shù)據(jù)訪問(wèn)正確。那么，在什么情況會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)訪問(wèn)錯(cuò)誤呢？
    1、判決錯(cuò)誤，0判成1，1判成0?？赡軈⒖茧娖讲粶?zhǔn)(為什么不準(zhǔn)？信號(hào)線(xiàn)內(nèi)阻造成的壓降)，也可能是加性干擾，或者阻抗不匹配引起信號(hào)畸變。
    2、時(shí)序錯(cuò)誤，不滿(mǎn)足建立/保持時(shí)間，或者采樣點(diǎn)相位錯(cuò)誤，不在有效信號(hào)位置上。觸發(fā)器需要維持一段時(shí)間的能量供給才能正常工作，這個(gè)時(shí)間就是建立/保持時(shí)間。
    那么只要解決好這兩個(gè)問(wèn)題，保證內(nèi)存正確訪問(wèn)，你的內(nèi)存電路就設(shè)計(jì)成功了。
    
    有了這個(gè)指導(dǎo)思想，內(nèi)存布線(xiàn)就可以按部就班地完成。不過(guò)，不同的RAM類(lèi)型，雖然目標(biāo)都是避免判決和時(shí)序錯(cuò)誤，但實(shí)現(xiàn)方法因工作模式不同而有較大差異。
    
    高速系統(tǒng)一般采用低壓信號(hào)，電壓低，擺幅小，容易提高速度，降低功耗，但這給布線(xiàn)帶來(lái)了困難，因?yàn)榈蛪盒盘?hào)功率受信號(hào)線(xiàn)內(nèi)阻影響大，是電壓平方關(guān) 系，所以要盡量減少內(nèi)阻，比如使用電平面，多打孔，縮短走線(xiàn)距離，高壓傳輸在終點(diǎn)用電阻分壓出較低電壓的信號(hào)等。SDRAM、DDR-I、DDR-II、 DDR-III信號(hào)電壓一個(gè)比一個(gè)低，越來(lái)越不容易做穩(wěn)定。
    
    電源供給也要注意，如果能量供給不足，內(nèi)存不會(huì)穩(wěn)定工作。
    
    經(jīng)?？吹?#8220;等長(zhǎng)布線(xiàn)”，其實(shí)，等長(zhǎng)不是目的，真正的目的是滿(mǎn)足建立保持時(shí)間，同頻同相，采樣正確。等長(zhǎng)只不過(guò)可以最簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的罷了。要定 量分析線(xiàn)長(zhǎng)，必須按照時(shí)鐘模型公式計(jì)算。時(shí)鐘同步電路的類(lèi)型在后面有簡(jiǎn)單介紹，這里只要知道SDRAM是公共時(shí)鐘同步，DDR是源同步就可以了。
    
    SDRAM是公共時(shí)鐘同步模式，只關(guān)心建立時(shí)間，不關(guān)心保持時(shí)間。這些時(shí)間和各段飛行時(shí)間，經(jīng)過(guò)各個(gè)門(mén)電路延時(shí)，clock skew，jitter，cycle等有關(guān)，需要按照公式精確計(jì)算。算出各種參數(shù)后下規(guī)則，讓EDA軟件輔助設(shè)計(jì)。選出最長(zhǎng)的一根線(xiàn)，不需要計(jì)算什么，只 要與之等長(zhǎng)即可。有些軟件能自己算，有些只能自己一段段計(jì)算，可以編程讓EXCEL表格對(duì)某種格式的報(bào)告文件自動(dòng)求和，也算半自動(dòng)化了。

    DDR的所有信號(hào)都要加匹配，不論多復(fù)雜，為了穩(wěn)定性。
    始端匹配串接一個(gè)22/33歐電阻即可，終端匹配分為AC匹配和DC匹配，阻容可以對(duì)噪點(diǎn)抑制，戴維寧電路可以提供高壓輸電，使參考電平更準(zhǔn)確，雖然直流功耗大，但比單個(gè)50歐功耗小。
    CPU和DDR都是高速器件，DDR熱量高，應(yīng)遠(yuǎn)離。而且DDR是源同步時(shí)鐘模式，對(duì)保持時(shí)間有要求，不是線(xiàn)越短越好，有最小距離要求。保證時(shí)鐘穩(wěn)定，同頻同相，冗余大即可。
    
    有時(shí)，信號(hào)線(xiàn)有交叉的情況，此時(shí)，可以在PCB里調(diào)線(xiàn)，再反標(biāo)回去，因?yàn)镽AM的各個(gè)數(shù)據(jù)線(xiàn)不需要一一對(duì)應(yīng)，只要有地方存儲(chǔ)bit就可以了。注意：刷新線(xiàn)A10不能調(diào)，需要讀取RAM ID時(shí)也不能調(diào)整。
    
    評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的好壞要看Margin(冗余)，setup time margin和hold time margin，SDRAM/DDR工作沒(méi)問(wèn)題并不意味著margin小，也許在實(shí)驗(yàn)室可以正常工作，可一到現(xiàn)場(chǎng)就死機(jī)。頻率漂移，時(shí)鐘抖動(dòng)，相差，介電常 數(shù)變化等都會(huì)導(dǎo)致采樣錯(cuò)誤/不滿(mǎn)足建立保持時(shí)間，而margin大就可以盡量抵抗這些干擾，在一個(gè)惡劣的環(huán)境里仍然保持穩(wěn)定。
    
    內(nèi)存的表現(xiàn)形式有兩種：內(nèi)存顆粒和內(nèi)存條。內(nèi)存條自身有走線(xiàn)長(zhǎng)度，需要計(jì)算在內(nèi)。問(wèn)個(gè)問(wèn)題：內(nèi)存條有3種安裝方式：豎插、斜插、平插，你認(rèn)為那種方式好呢？

附：時(shí)鐘同步電路的類(lèi)型


    源同步就是指時(shí)鐘選通信號(hào)clk伴隨發(fā)送數(shù)據(jù)一起由驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送。公共時(shí)鐘同步是指在數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中，總線(xiàn)上的驅(qū)動(dòng)端和接收端共享同一個(gè)時(shí)鐘源，在同一個(gè)時(shí)鐘緩沖器(clock buffer)發(fā)出同相時(shí)鐘的作用下，完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

    公共時(shí)鐘同步，將同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)用時(shí)鐘分配器分成2路，一路接發(fā)送器，一路接接收器。在時(shí)鐘上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)，在下一個(gè)周期的上升沿采樣接收。速率在200-300MHZ以下。
    源同步是時(shí)鐘和數(shù)據(jù)一起發(fā)送，時(shí)鐘稍稍滯后發(fā)送，傳輸速率主要由數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)間的時(shí)差決定。因此速率快。
    公共時(shí)鐘同步電路走線(xiàn)長(zhǎng)度有最大值len <=，源同步電路走線(xiàn)長(zhǎng)度有最小值<= len <=
    源同步關(guān)心保持時(shí)間，TBI+10bit數(shù)據(jù)和DDR的DQS+DATA屬于源同步電路。

          ------       等長(zhǎng)線(xiàn)
          |時(shí)鐘|----------------->發(fā)送端時(shí)鐘
   clk--->|驅(qū)動(dòng)|----------------->接收端時(shí)鐘
          |    |---
          ------  |
            |     |
            ---<---PLL補(bǔ)償
         公共時(shí)鐘同步

          -----
          |驅(qū) |------------------>clk
          |動(dòng) |
          |   |================>data
          -----
          源同步


          ---------  ---------
    -----<         ><         >--------
          ---------  ---------
              -----------
              |         |
      ---------         -----------
        |<--->|<-->|
         建立   保持