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针对DDR2-800和DDR3的PCB信号完整性设计
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2013-04-07
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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
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针对 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。
1. 介绍
目前,比较普遍使用中的 DDR2 的速度已经高达 800 Mbps,甚至更高的速度,
如 1066 Mbps,而 DDR3 的速度已经高达 1600 Mbps。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 Cadence ALLEGRO SI-230 和 Ansoft’s HFSS 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。
2. PCB 的叠层(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 50 Ohms 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,100 Ohms 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
50 Ohms,ODT 的设置也必须保持在 50 Ohms。
在 DDR3 的设计时,单端信号的终端匹配电阻在 40 和 60 Ohms 之间可选择的
被设计到 ADDR/CMD/CNTRL 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 30-70 Ohms 之间。而差分信号的阻抗匹配
电阻始终在 100 Ohms。
图 1 : 四层和六层 PCB 的叠层方式
3. 互联通路拓扑
对于 DDR2 和 DDR3,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-rank DIMMs(Dual In Line
Memory Modules)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/CMD/CNTRL 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 1600
Mbps 时,则只有 D 是满足设计的。
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资源评论
- yingzck2015-10-13非常有用,急需这方面的资源
- xiongdazaici2015-12-22挺好的资料,谢谢!
lajifm
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