DDR2和DDR3的PCB信号完整性设计.doc

DDR2-800和DDR3的PCB信号完整性设计摘要本文章主要涉及到对DDR2和DDR3在设计印制线路板(PCB)时,考虑信号完整性和电源完整性的设计事项,这些是具有相当大的挑战性的。文章重点是讨论在尽可能少的PCB层数,特别是4层板的情况下的相关技术,其中一些设计方法在以前已经成熟的使用过。,比较普遍使用中的DDR2的速度已经高达800Mbps,甚至更高的速度,如1066Mbps,而DDR3的速度已经高达1600Mbps。对于如此高的速度,从PCB的设计角度来讲,要做到严格的时序匹配,以满足波形的完整性,这里有很多的因素需要考虑,所有的这些因素都是会互相影响的,但是,它们之间还是存在一些个性的,它们可以被分类为PCB叠层、阻抗、互联拓扑、时延匹配、串扰、电源完整性和时序,目前,有很多EDA工具可以对它们进行很好的计算和仿真,其中CadenceALLEGROSI-230和Ansoft’sHFSS使用的比较多。表1:DDR2和DDR3要求比较表1显示了DDR2和DDR3所具有的共有技术要求和专有的技术要求。(stackup)和阻抗对于一块受PCB层数约束的基板(如4层板)来说,其所有的信号线只能走在TOP和BOTTOM层,中间的两层,其中一层为GND平面层,而另一层为VDD平面层,Vtt和Vref在VDD平面层布线。而当使用6层来走线时,设计一种专用拓扑结构变得更加容易,同时由于Power层和GND层的间距变小了,从而提高了PI。互联通道的另一参数阻抗,在DDR2的设计时必须是恒定连续的,单端走线的阻抗匹配电阻50Ohms必须被用到所有的单端信号上,且做到阻抗匹配,而对于差分信号,100Ohms的终端阻抗匹配电阻必须被用到所有的差分信号终端,比如CLOCK和DQS信号。另外,所有的匹配电阻必须上拉到VTT,且保持50Ohms,ODT的设置也必须保持在50Ohms。在DDR3的设计时,单端信号的终端匹配电阻在40和60Ohms之间可选择的被设计到ADDR/TRL信号线上,这已经被证明有很多的优点。而且,上拉到VTT的终端匹配电阻根据SI仿真的结果的走线阻抗,电阻值可能需要做出不同的选择,通常其电阻值在30-70Ohms之间。而差分信号的阻抗匹配电阻始终在100Ohms。图1:,其中信号DQ、DM和DQS都是点对点的互联方式,所以不需要任何的拓扑结构,然而列外的是,在multi-rankDIMMs(DualInLineMemoryModules)的设计中并不是这样的。在点对点的方式时,可以很容易的通过ODT的阻抗设置来做到阻抗匹配,从而实现其波形完整性。而对于ADDR/TRL和一些时钟信号,它们都是需要多点互联的,所以需要选择一个合适的拓扑结构,图2列出了一些相关的拓扑结构,其中Fly-By拓扑结构是一种特殊的菊花链,它不需要很长的连线,甚至有时不需要短线(Stub)。对于DDR3,这些所有的拓扑结构都是适用的,然而前提条件是走线要尽可能的短。Fly-By拓扑结构在处理噪声方面,具有很好的波形完整性,然而在一个4层板上很难实现,需要6层板以上,而菊花链式拓扑结构在一个4层板上是容易实现的。另外,树形拓扑结构要求AB的长度和AC的长度非常接近(如图2)。考虑到波形的完整性,以及尽可能的提高分支的走线长度,同事又要满足板层的约束要求,在基于4层板的DDR3设计中,最合理的拓扑结构就是带有最少短线(Stub)的菊花链式拓扑结构。对于DDR2-800,这所有的拓扑结构都适用,只是有少许的差别。然而,菊花链式拓扑结构被证明在SI方面是具有优势的。对于超过两片的SDRAM,通常,是根据器件的摆放方式不同而选择相应的拓扑结构。图3显示了不同摆放方式而特殊设计的拓扑结构,在这些拓扑结构中,只有A和D是最适合4层板的PCB设计。然而,对于DDR2-800,所列的这些拓扑结构都能满足其波形的完整性,而在DDR3的设计中,特别是在1600Mbps时,则只有D是满足设计的。图2:带有2片SDRAM的ADDR/TRL拓扑结构图3:带有4片SDRAM的ADDR/,往往会在布线时采用trombone方式走线,另外,在布线时难免会有切换板层的时候,此时就会添加一些过孔。不幸的是,但所有这些弯曲的走线和带过孔的走线,将它们拉直变为等长度理想走线时,此时它们的时延是不等的,如图4所示。显然,上面讲到的trombone方式在时延方面同直走线的不对等是很好理解的,而带过孔的走线就更加明显了。在中心线长度对等的情况下,trombone走线的时延比直走线的实际延时是要来的小的,而对于带有过孔的走线,时延是要来的大的。这种时延的产生,这里有两