DDR布線舉足輕重，一文看懂背后的大學(xué)問

作者：時間：2017-06-13 來源：網(wǎng)絡(luò)

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本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201706/358066.htm

DDR布線在PCB設(shè)計中占有舉足輕重的地位，設(shè)計成功的關(guān)鍵就是要保證系統(tǒng)有充足的時序裕量。要保證系統(tǒng)的時序，線長匹配又是一個重要的環(huán)節(jié)。我們來回顧一下，DDR布線，線長匹配的基本原則是：地址，控制/命令信號與時鐘做等長。數(shù)據(jù)信號與DQS做等長。為啥要做等長？大家會說是要讓同組信號同時到達接收端，好讓接收芯片能夠同時處理這些信號。那么，時鐘信號和地址同時到達接收端，波形的對應(yīng)關(guān)系是什么樣的呢？我們通過仿真來看一下具體波形。

建立如下通道，分別模擬DDR3的地址信號與時鐘信號。

圖1 地址/時鐘仿真示意圖

為方便計算，我們假設(shè)DDR的時鐘頻率為500MHz，這樣對應(yīng)的地址信號的速率就應(yīng)該是500Mbps，這里大家應(yīng)該明白，雖然DDR是雙倍速率，但對于地址/控制信號來說，依然是單倍速率的。下面來看看波形，在地址與時鐘完全等長的情況下，地址與數(shù)據(jù)端的接收波形如下圖2，紅色代表地址信號，綠色代表時鐘信號。

圖2 時鐘信號與地址信號波形

上面的波形我們似乎看不出時鐘與地址之間的時序關(guān)系是什么樣的，我們把它放在一個眼圖中，時序關(guān)系就很明確了。這里粗略的計算下建立時間與保持時間。如下圖

圖3 時鐘信號與地址信號波形

由上圖3.我們可以知道，該地址信號的建立時間大約為891ps，保持時間為881ps。這是在時鐘與地址信號完全等長情況下的波形。如果地址與時鐘不等長，信號又是什么樣的呢？仿真中，我們讓地址線比時鐘線慢200ps，得到的與眼圖如下：

圖4 時鐘信號與地址信號波形

由上圖可知，在地址信號比時鐘信號長的情況下，保持時間為684ps，建立越為1.1ns。可見，相對于地址線與時鐘線等長來說，地址線比時鐘線長會使地址信號的建立時間更短。同理，如果時鐘線比地址線長，則建立時間會變長，而保持時間會變短。那么雙倍速率的數(shù)據(jù)信號又是怎樣的？下面通過具體的仿真實例來看一下。

圖5 DQ 與 DQS仿真示意

仿真通道如上圖所示，驅(qū)動端和接收端為某芯片公司的IBIS模型，仿真波形如下：

圖6 DQ與DQS仿真波形

我們將DQS和DQ信號同時生成眼圖，在一個窗口下觀測，結(jié)果如下：

圖7 DQ與DQS眼圖

如上圖所示，大家可能發(fā)現(xiàn)了，如果按照原始對應(yīng)關(guān)系，數(shù)據(jù)信號的邊沿和時鐘信號的邊沿是對齊的，如果是這樣，時鐘信號怎樣完成對數(shù)據(jù)信號的采樣呢？實際上并不是這樣的。以上仿真只是簡單的將兩波形放在了一起，因為DQ和DQS的傳輸通道長度是一樣的，所以他們的邊沿是對齊的。實際工作的時候，主控芯片會有一個調(diào)節(jié)機制。一般數(shù)據(jù)信號會比DQS提前四分之一周期被釋放出來，實際上，在顆粒端接收到的波形對應(yīng)關(guān)系應(yīng)該是這樣的：

圖8 平移后的眼圖

通過主控芯片的調(diào)節(jié)之后，DQS的邊沿就和DQ信號位的中心對齊了，這樣就能保證數(shù)據(jù)在傳輸?shù)浇邮斩擞凶銐虻慕r間與保持時間。和上面分析時鐘與地址信號一樣，如果DQ與DQS之間等長做的不好，DQS的時鐘邊沿就不會保持在DQ的中間位置，這樣建立時間或者保持時間的裕量就會變小。先簡單的來看一張圖

圖9 延時偏差對時序的影響

上圖中，T_vb與T_va表示的是主控芯片在輸出數(shù)據(jù)時時鐘與數(shù)據(jù)之間的時序參數(shù)。在理想情況下，時鐘邊沿和數(shù)據(jù)電平的中心是對齊的，由于時鐘和數(shù)據(jù)傳輸通道不等長，使得時鐘邊沿沒有和數(shù)據(jù)脈沖的中間位置對其，使得建立時間的裕量變小。在理解了這些基礎(chǔ)問題之后，我們需要做的就是將這些時間參數(shù)轉(zhuǎn)化為線長。

下面我們通過具體實例來看看時序的計算，下圖是Freescale MPC8572 DDR主控芯片手冊，這張圖片定義了從芯片出來的時候，DQS與DQ之間的相位關(guān)系。