DDR存儲(chǔ)器電氣特性驗(yàn)證

前言
幾乎每一個(gè)電子設(shè)備，從智能手機(jī)到服務(wù)器，都使用了某種形式的RAM存儲(chǔ)器。盡管閃存NAND繼續(xù)流行(由于各式各樣的消費(fèi)電子產(chǎn)品的流行)，由于SDRAM為相對(duì)較低的每比特成本提供了速度和存儲(chǔ)很好的結(jié)合，SDRAM仍然是大多數(shù)計(jì)算機(jī)以及基于計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的主流存儲(chǔ)器技術(shù)。DDR是雙數(shù)據(jù)速率的SDRAM內(nèi)存，已經(jīng)成為今天存儲(chǔ)器技術(shù)的選擇。DDR技術(shù)不斷發(fā)展，不斷提高速度和容量，同時(shí)降低成本，減小功率和存儲(chǔ)設(shè)備的物理尺寸。

隨著時(shí)鐘速率和數(shù)據(jù)傳輸速率不斷增加和性能的提高，設(shè)計(jì)工程師必須保證系統(tǒng)的性能指標(biāo)，或確保系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器控制設(shè)備的互操作性，存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的模擬信號(hào)完整性已成為設(shè)計(jì)工程師越來越多重點(diǎn)考慮的問題。許多性能問題，甚至在協(xié)議層發(fā)現(xiàn)的問題，也可以追溯到信號(hào)完整性問題上。因此，存儲(chǔ)器的模擬信號(hào)完整性驗(yàn)證已經(jīng)成為很多電子設(shè)計(jì)驗(yàn)證關(guān)鍵的一步。

JEDEC(電子工程設(shè)計(jì)發(fā)展聯(lián)合協(xié)會(huì))已經(jīng)明確規(guī)定存儲(chǔ)設(shè)備詳細(xì)測(cè)試要求，需要對(duì)抖動(dòng)、定時(shí)和電氣信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證。測(cè)試參數(shù)：如時(shí)鐘抖動(dòng)、建立和保持時(shí)間、信號(hào)的過沖、信號(hào)的下沖、過渡電壓等列入了JEDEC為存儲(chǔ)器技術(shù)制定的測(cè)試規(guī)范。但執(zhí)行規(guī)范里的這些測(cè)試是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，因?yàn)檫M(jìn)行這些測(cè)試很可能是一個(gè)復(fù)雜而又耗時(shí)的任務(wù)。擁有正確的工具和技術(shù)，可以減少測(cè)試時(shí)間，并確保最準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。在本應(yīng)用文章中，我們將討論針對(duì)存儲(chǔ)器測(cè)試的解決方案，這個(gè)方案能夠幫助工程師戰(zhàn)勝挑戰(zhàn)和簡(jiǎn)化驗(yàn)證過程。

信號(hào)的獲取和探測(cè)
存儲(chǔ)器驗(yàn)證的第一個(gè)難點(diǎn)問題是如何探測(cè)并采集必要的信號(hào)。JEDEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試應(yīng)在存儲(chǔ)器元件的BGA(球柵陣列結(jié)構(gòu)的PCB)上。而FBGA封裝組件包括一個(gè)焊球連接陣列(這是出于實(shí)際目的)，無法進(jìn)入連接，如何進(jìn)行存儲(chǔ)器的探測(cè)呢？

一種解決方案是在PCB布線過程中設(shè)計(jì)測(cè)試點(diǎn)，或探測(cè)存儲(chǔ)器元件板的背面的過孔。雖然這些測(cè)試點(diǎn)沒有嚴(yán)格在“存儲(chǔ)器元件附近”，PCB走線長(zhǎng)度一般都比較短，對(duì)信號(hào)衰減的影響很小。當(dāng)使用這種方法探測(cè)時(shí)，信號(hào)完整性通常是相當(dāng)不錯(cuò)的，可以進(jìn)行電氣特性的驗(yàn)證。

圖1 DDR3雙列直插內(nèi)存模塊(DIMM)“背面”的測(cè)試點(diǎn)

對(duì)于這種類型應(yīng)用，可以使用手持探頭，但是在多個(gè)探頭前端和測(cè)試點(diǎn)同時(shí)保持良好的電接觸非常困難。

考慮到有些JEDEC的測(cè)量要求三個(gè)或更多的測(cè)試點(diǎn)，加上其他信號(hào)如芯片選擇信號(hào)、RAS和CAS可能需要確定存儲(chǔ)器狀態(tài)，許多工程師常常選擇使用焊接式探頭進(jìn)行連接。

泰克公司開發(fā)了一種專為這種類型的應(yīng)用設(shè)計(jì)的探測(cè)解決方案。P7500系列探頭有4～20GHz的帶寬，是存儲(chǔ)器驗(yàn)證應(yīng)用的選擇。圖2說明了幾個(gè)可用的P7500系列探頭前端之一，這種探頭非常適合存儲(chǔ)器驗(yàn)證的應(yīng)用。這些微波同軸”前端在需要多個(gè)探測(cè)前端進(jìn)行焊接情況時(shí)提供了有效的解決方案，同時(shí)提供優(yōu)秀的信號(hào)保真度和4GHz帶寬，足已滿足存儲(chǔ)器DDR3@1600MT/s的測(cè)試需求。

圖2 P7500系列微波同軸探頭焊接到DIMM上

P7500系列探頭針對(duì)存儲(chǔ)器測(cè)試應(yīng)用的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是泰克專有的TriMode(三態(tài))功能。這種獨(dú)特的功能允許探頭不但可以測(cè)試+和-差分信號(hào)，又可以測(cè)試單端信號(hào)。使用探頭前端的三個(gè)焊接連接，用戶就可以使用探頭上控制按鈕或在示波器菜單來對(duì)差分和單端探測(cè)模式之間進(jìn)行切換。使用焊接探頭的+連接到單端數(shù)據(jù)或地址線，使用焊接探頭的-連接到另一相鄰線。然后用戶可以使用一個(gè)探頭，通過兩個(gè)單端測(cè)量模式之間切換，很容易地測(cè)量其中任何兩個(gè)信號(hào)。

圖3 P7500三態(tài)前端連接

然而，很多情況下通過背面過孔探測(cè)信號(hào)可能不是一種好的選擇。使用嵌入式存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)，存儲(chǔ)器元件背面可能沒有可用的板上空間。甚至很多標(biāo)準(zhǔn)的DIMM，在板的兩面都有存儲(chǔ)器元件，以增加存儲(chǔ)密度。這種情況下，測(cè)試工程師怎樣才能探測(cè)到測(cè)試點(diǎn)呢？

幸運(yùn)的是，即使這樣情況，現(xiàn)在也有探測(cè)解決方案。泰克公司與Nexus科技公司合作開發(fā)了所有標(biāo)準(zhǔn)DDR3和DDR2存儲(chǔ)器設(shè)備轉(zhuǎn)接板內(nèi)插板組件。這些轉(zhuǎn)接板內(nèi)插板使用插槽代替存儲(chǔ)器元件連接到被測(cè)設(shè)備。在轉(zhuǎn)接板有探測(cè)的測(cè)試點(diǎn)，然后對(duì)齊到插槽上的位置。存儲(chǔ)器元件再插到轉(zhuǎn)接板上。圖4是這種“連接”的示意圖。

圖4 DDR轉(zhuǎn)接板內(nèi)插板組件