應用高帶寬示波器表征 GDDR5 數(shù)據(jù)抖動,確保有效的數(shù)據(jù)傳輸

　　GDDR5(Graphics Double Data Rate,圖形雙倍數(shù)據(jù)速率存儲接口，第 5 版)動態(tài)隨機存取圖形卡存儲技術(shù)已應用于主流移動和游戲用戶的高性能 GPU(圖形處理器)。最新的 GDDR5 技術(shù)可提供 5Gb/s 或更高的數(shù)據(jù)速率。高數(shù)據(jù)速率條件下，數(shù)據(jù)抖動測量是了解抖動對數(shù)據(jù)有效窗口影響的重要手段。測量并了解抖動分量可以讓設計人員盡可能減少整個系統(tǒng)設計的抖動，以確保有效且精確的數(shù)據(jù)傳輸。需要分離讀和寫操作從而分別進行數(shù)據(jù)有效窗口分析。GDDR5 的設計包括自由運行的數(shù)據(jù)時鐘(WCK)、很小的數(shù)據(jù)單位間隔以及非常小的讀/寫數(shù)據(jù)與WCK之間可分辨時間偏移，因此識別讀/寫數(shù)據(jù)以進行數(shù)據(jù)抖動測量十分困難且耗時。高帶寬示波器或混合信號示波器是兩類常用的數(shù)據(jù)抖動測量設備。本文將介紹僅使用高帶寬示波器 4 個通道的新型 GDDR5 數(shù)據(jù)抖動測量技術(shù)。

　　抖動對 GDDR5 數(shù)據(jù)的影響

　　GDDR5 SGRAM 傳輸數(shù)據(jù)使用自由運行差分前向時鐘(WCK/WCK#)，并在前向 WCK 的兩個邊沿上分別寄存并驅(qū)動輸入和輸出數(shù)據(jù)，以用于讀和寫訓練。讀/寫訓練支持數(shù)據(jù)定時和幅度電平裕量優(yōu)化。盡管 JEDEC 標準沒有相關(guān)規(guī)定，普遍觀點認為表征抖動特性是在如此高的數(shù)據(jù)速率傳輸條件下的重要測量任務。導致 GDDR5 系統(tǒng)產(chǎn)生抖動的原因，例如碼間干擾(ISI)、串擾、占空比失真(DCD)等，這些都會限制圖形卡以及存儲器控制器與 DRAM 接口的性能。

　　抖動是指信號跳變邊沿與理想時間的偏差。隨著數(shù)據(jù)速率的提升，定時裕量日趨嚴格，甚至每一皮秒的裕量都變得更為重要。高數(shù)據(jù)速率時代，微小的抖動都可能導致讀寫數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)有效窗口關(guān)閉，最終增加比特誤碼率和數(shù)據(jù)采樣誤差。

　　在高數(shù)據(jù)速率(例如 5 Gb/s 或以上)條件下，數(shù)據(jù)有效窗口非常小。系統(tǒng)中的噪聲或相鄰電信號的串擾甚至電磁干擾都極易造成信號失真和信號完整性問題，導致數(shù)據(jù)采樣誤差。實時眼圖可以提供眼圖高度和眼圖寬度測量以檢查信號完整性并預估數(shù)據(jù)有效窗口。但是，僅使用實時眼圖測量數(shù)據(jù)眼圖無法獲得完整的有效數(shù)據(jù)窗口分析和比特故障率預測。圖 1 是一個具有一百萬單位間隔(測得的單位間隔)的寫數(shù)據(jù)眼圖。一百萬單位間隔的初始測量得到 200ps 的數(shù)據(jù)輸入有效窗口。確定性抖動(DJ)線和隨機抖動(RJ)線顯示了長時間累積的抖動效應和實際數(shù)據(jù)輸入有效窗口，即一萬億單位間隔(1e-12 比特誤碼率或 BER)后的 tDIVW(數(shù)據(jù)輸入有效窗口)。確定性抖動通常有界、可預測并且與數(shù)據(jù)碼流相關(guān)聯(lián)，例如碼間干擾和占空比失真。隨機抖動通常為高斯抖動且無界。同其它高斯分布一樣，該分布的峰峰值將隨著數(shù)量的增加而增大。因此，總體抖動是隨機抖動乘以BER 倍數(shù)因子再加上確定性抖動。注意，圖示是寫數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入有效窗口。您可以發(fā)現(xiàn)，抖動 BER 測量計算非常重要，是總抖動統(tǒng)計測量的重要組成部分，可以幫助您了解設計的數(shù)據(jù)有效窗口結(jié)果并預測設計中的錯誤率。另外，了解抖動分量和抖動源可支持設計人員降低設計抖動，確保更精確的數(shù)據(jù)傳輸。