DDR存储器电气特性验证.pdf

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1、DDR 存储器电气特性验证应用文章几乎每一个电子设备，从智能手机到服务器，都使用了某种形 式的RAM存储器。 尽管闪存NAND 继续流行(由于各式各样的消费类电子产品的流行)， 由于SDRAM为相对较低的每比特成 本提供了速度和存储很好的结合，SDRAM仍然是大多数计算 机以及基于计算机产品的主流存储器技术。 DDR是双数据速率的SDRAM内存，已经成为今天存储器技术的选择。DDR技术 的不断发展 ， 不断提高速度和容量， 同时降低成本， 减小功率和存储设备的物理尺寸。随着时钟速率和数据传输速度不断增加和性能的提高， 设计工 程师必须保证系统的性能指标， 或确保系统内部存储器和存储器控制设备的

2、互操作性， 存储器子系统的模拟信号完整性已成 为设计工程师越来越多重点考虑的问题。 许多性能问题， 甚至在协议层发现的问题， 也可以追溯到对信号完整性问题。 因此，存储器的模拟信号完整性验证的重要性已经成为很多电子设计 验证关键一步。JEDEC (电子工程设计发展联合协会)已经明确规定存储设备详 细测试要求，需要对抖动、定时和电气信号质量进行验证。测试参数：如时钟抖动、建立和保持时间、信号的过冲、信号的 下冲、 过渡电压等列入了JEDEC(电子工程设计发展联合协会)为存储器技术制定的测试规范。 但执行规范里的这些测试是一 个大大的挑战， 因为进行这些测试很可能是一个复杂而又耗时的任务。拥有正确

3、的工具和技术，可以减少测试时间，并确保 最准确的测试结果。 在本应用文章中， 我们将讨论泰克针对存储器测试解决方案， 这个方案能够帮助工程师战胜挑战和简化 验证过程。2 1. DDR3 双列直插内存模块(DIMM) “背面”的测试点技术JEDEC指标(最近更新日期)DDRJESD79F ( 2008年2 月) DDR2JESD79-2E (2008年4 月)DDR3JESD79-3C (2008年11月) LPDDRJESD79-4A (2007年4月)LPDDR2JESD209-2 (2009年3 月)表 1. 符合 JEDEC 的 DDR技术指标。图 2. P7500系列微波同轴探头焊接

4、到 DIMM 上信号的获取和探测存储器验证的第一个难点问题是如何探测并采集必要的信号。 JEDEC标准规定的测试应在存储器元件的BGA(球栅阵列结构的PCB) 上。 自从 FBGA封装组件包括一个焊球连接阵列(这是 出于实际目的)，无法进入连接，如何进行存储器的探测呢？一种解决方案是在PCB布线过程中设计测试点， 或探测存储器 元件板的背面的过孔。虽然这些测试点没有严格在“存储器元件附近” ， PCB(电路板)走线长度一般都比较短， 对信号衰减的 影响很小。当使用这种方法探测，信号完整性通常是相当不错的，可以进行电气特性的验证。对于这种类型应用，虽然可以使用手持探头，但是在多个探头前端和测试点

5、同时保持良好的电接触非常困难。考虑到有些JEDEC的测量要求三个或更多的测试点， 加上其它信号如芯片选择信号、RAS和 CAS可能需要确定存储器状态，使用焊接 式探头进行连接是许多工程师的选择。泰克公司开发了一种探测解决方案是专为这种类型的应用设计 的。P7500 系列探头有4GHz到20 GHz的带宽，是存储器验证应用的选择。 图2说明了几个可用的P7500系列探头前端之 一，这种探头非常适合存储器验证的这种应用。这些“微波同轴” 前端在需要多个探测前端进行焊接情况时提供了有效的解 决方案，同时提供优秀的信号保真度和带宽高达4GHz，足已满足存储器DDR31600MT/s的测试需求。 3DD

6、R 存储器电气特性验证图3. P7500 三态前端连接三态探测点三态探头可以工作在差分模 式、 单端模式、 以及共模模式。图 4. DDR 转接板内插板组件存储器转接板内插板组件的插槽存储器转接板内 插板组件被测目标位置的存储器插槽被测板P7500 系列探头针对存储器测试应用的另一个优点是泰克专利的TriMode(三态)功能。 这种独特的功能允许探头不但可以 测试+和-差分信号，又可以测试单端信号。使用探头前端的三个焊接连接， 用户就可以使用探头上控制按钮或在示波器菜 单来对差分和单端探测模式之间的切换。 这种探头对存储器调试应用是非常用的， 使用焊接探头的 +连接到单端数据或地址 线， 使用

7、焊接探头的-连接到另一相邻线。 然后用户可以使用一个探头， 通过两个单端测量模式之间切换， 很容易地测量其 中任何两个信号。然而， 还有在很多情况下信号探测通过背面过孔可能不是一种选择。 使用嵌入式存储器设计， 存储器元件背面可能没有可用 的板上空间。甚至很多标准的DIMMs，现在在板的两面都有存储器元件，以增加存储密度。这种情况下，测试工程师怎样 才能探测到测试点呢？幸运的是，即使这样情况，现在也有探测解决方案。泰克公司 与 Nexus 科技公司合作开发了所有标准 DDR3 和DDR2 存储器设备转接板内插板组件。 这些转接板内插板使用插槽代替存 储器元件连接到被测设备。 在转接板有探测的测

8、试点， 然后对齐到插槽上的位置。存储器元件然后再插到转接板上。图4说 明 这种“连接”的示意图。4 组成部分。 这使得转接板和存储器元件任意被移除和转换其它是没有焊接和重新焊接，从而增加了灵活性性，同时也降低了 由于多次焊接操作带来不稳定的电气连接的风险。转接板内插板嵌入了小型隔离电阻， 尽可能接近存储器的BGA 焊盘。这些电阻与P7500系列探头前端电网络完全匹配，确保良好的信号保真度。 图 5 中是使用 interposer 转接板安装在 DDR31333 DIMM测试的眼图， 采用数字滤波， 消除连这一探测带来的小的模拟影响。图 6. P6780 数字探头前端焊接GDDR5 PCB图

9、5. 带焊接前端的转接板，被测信号的眼图数字探测泰克MSO70000系列混合信号示波器结合四个模拟通道和16 个数字通道。除了连接到1或2个数据和时钟线，它可以连接到 DDR 命令总线信号和子序列的地址线是非常有用的。在 MSO70000 系列的 P6780差分探头具有高带宽性能和多总线信号的探测。由于高密度布线和紧凑的封装，信号探测仍然是 DDR内存的验证的一个挑战。这些高性能 P6780逻辑探头(包括各种焊接附件)的连接器、 管 脚、针头、轨迹、过孔等一系列都得到简化。由于P6780焊接探头前端，设计工程师可以根据需要添加测试点。对于任何测 量设置，应注意尽量减少对测试设备的影响。P678

10、0焊接前端包括铁氧体磁心，以减少对线的反射。使线长度为连接需求的 最小值，从而能保证更好的信号保真度。 5DDR 存储器电气特性验证图8. 使用高级的搜索 DQ和DQS同相位为读阶段， ; DQ和DQS的 相位为90度为写。 在图8中， 在波形的上面使用粉红色三角符号来标记出所有的写数据，并在图8中用放大图显示一个写数 据。命令S0#RSA#CAS#WE# (芯片选择) (行地址选择) (列地址选择) (写入使能)模式寄存器0000 刷新0001预充电0010 激活行0011写入列0100 读取列0101无操作0111 取消选择1xxx表 2. SDRAM(同步动态随机存取存储器)命令6 9

11、. DDR 符号文件实例总线触发高性能混合信号示波器提供了许多选件， 利用命令状态和存储 总线控制线完成对信号的捕获。 SDRAM(同步动态随机存取存储器)存储器命令被同步到存储器时钟的上升沿(CK)。 四个命令 信号分别是芯片选择(S0或CS)、 行地址选择(RAS)， 列地址选择(CAS )和写使能(WE )。那个 符号表示这些都 是低电平信号有效(见表2)。 存储器的命令验证需要MSO(混合信号示波器) 采集适当的数据(DQ)和数据选通信号(DQS)，还 要去探测5个信号， CK#、 S0#、 RAS#、 CAS#和WE#。 在MSO(混合信号示波器)的数字通道菜单可以同时把 5 个命令

12、信号 (CK、S0#、RAS#、CAS# 和 WE#) 分配给探测通道。激活行命令是写入或读取命令序列中的第一个命令。为了在 MSO中触发激活行命令，需要设置MSO命令组等于0011(S0= 0、RAS= 0、CAS#= 1和 WE= 1)就触发，见表2 所示。处理像0011 的二进制数值，可能容易出错。MSO 可以处理 多种格式的数据：二进制、十六进制和符号型。当一组信号定义了一个逻辑状态(如SDRAM的命令组)时，需要使用码型符 号文件。基于SDRAM的命令表，如表2所示，使用微软的记事本(Notepad)打开泰克符号文件(.tfs)， (见图 9)。 7DDR 存储器电气特性验证图12.

13、 测量参考电平图10. MSO70000 DDR命令符号触发菜单图11. MSO70000 DDR3 命令总线解码当设置MSO激活命令触发， MSO会使用码型符号(参见图10)。在MSO总线触发菜单上使用码型符号， 总线的进制被更改为符 号型。执行JEDEC-一致性测试如前所述， JEDEC规范为存储器技术的一致性测试制定了具体的测试技术。这些测试包括参数：如时钟抖动、建立和保持时 间、 过渡电压、 信号过冲和下冲、 斜率和其它电信号质量测试。这些指定的测试项目不仅很多，而且使用通用的测试工具，测 试非常复杂。下面是测量参考电平的一个例子， 当进行定时测量， JEDEC指定某些电压参考电平。图

14、 12 的图表中显示了用于数据信号的 定时测量Vih和Vil电平(包括AC和DC)。注意上升和下降沿定义的电平是有所不同。8 13. 斜率测量 -“标称”的DDR3 方法图 110 显示标称斜率和 建立时间tDS(DQ相对于strobe)和tIS(ADD/CMD 相对于时钟)的tVACJEDEC 标准号.79-3C 第 176 页 13 电特性和 AC定时(连续的) 13.3 地址 / 命令 建立 保持(连续的)注释：时钟和选通在不同的时间刻度斜率 (上升信号)斜率 (下降信号)另一个例子是斜率的测量。在数据、选通信号、控制信号上必 须测量斜率，然后斜率用于计算调整，如建立和保持定时测量通过

15、/失败的极限测试。然而，如何进行斜率测量的细节是取 决于被测信号。参见图13：用于测量一套方法称为 标称 方法，而不同的被测信号必须有不同的方法。由于JEDEC指定测量方法、参考电平、合格/不合格极限测试等的复杂性，可以有一个非常有价值的应用程序对 DDR 测试 制定测量工具。使用这样的实用工具，确保您的测量正确配置和消除许多时间的设置。图 14. DDRA 设置界面 - 步骤 1DDR分析软件泰克实时示波器中的选件 DDRA(DPO 的泰克实时示波器 / DSA70000系列， MSO70000系列， DPO7000系列) 是一个软件工具，用于DDR 设备测试设置和自动化测试。DDRA提供 的广大测量设置所有都符合JEDEC 的规范，但对于非标准设备或系统工程，用户也可以选择自定义多个设置完成测量任 务。 目前此软件选件支持六种不同的DDR技术；DDR、 DDR2、DDR3；LPDDR、LPDDR2、和GDDR3。选件DDRA连同另外泰克示波器上的另外两个软件一起使用，高级搜索 标记(选件ASM， 上面已描述)和DPOJET抖动和眼 图分析工具。这三个工具结合在一起使用，建立了一个强大、灵活、且