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过孔当道,高速DDR4信号该何去何从?

助工
2020-02-27 11:15:38    评分

作者| 黄刚 一博高速先生团队队员


熟悉高速先生文章风格的粉丝都知道,我们每一期小册子都有不同的主题,那么大家有没有留意我们写哪些主题的文章特别的多呢?这个时候不妨拿出你们珍藏已久的小册子出来过一遍,你们就知道了哈(前提是……你们有)。你们会发现,有几类主题高速先生总是乐此不疲的深挖,例如高速串行,例如东哥的生产加工系列,也就是大家都耳熟能详的……“如烟”。当然,你们还会发现有不少的文章是关于DDR的。

对!我们DDR的文章绝对占据很大的一部分篇幅,主要是因为应用的场景实在太多,几乎每个板子上都会有形形色色的DDR系统,从一个颗粒到几十个颗粒,从颗粒版本到DIMM版本,覆盖了我们80%以上的板子。所以在本期的DesignCon文章解读中,高速先生为大家带来一篇关于DDR应用的文章,看看DDR的设计极限在哪里哈。

今天要给大家分享的文章如下,这次的题目很容易读懂,就叫DDR4通道里,过孔的stub对信号质量的影响分析。

 

那主要肯定是讲过孔stub(残桩)对DDR4的影响咯。首先呢作者对DDR4的信号质量做了一些前提的判定和分析,例如要求通道的插损谐振频率点要大于5倍的时钟频率,按本文分析的3200Mbps来说的话,时钟是1.6GHz,因此要求的谐振频率点必须大于8GHz。

 

好,立马进入正题,看看作者是如何分情况对DDR4通道进行分析的。他们主要对3种不同的场景进行分析,一是颗粒版本的表层走线,那肯定就是没有过孔stub了;二是颗粒版本的内层走线,有过孔stub的情况;三是Dimm版本的内层走线,不仅有过孔stub,还包括了Dimm条连接器这个阻抗不匹配的点。下图就是三种不同case的示意图。

 

 

 


既然是详细的研究过孔stub对信号质量的影响程度,那肯定是需要不同的过孔stub长度的比较了。于是本文做了非常非常多的叠层进行分析,过孔stub从14层的52.7mil(内层走线都以L3层出线,分析不同叠层的最长过孔stub的情况)到28层的124.7mil。几乎涵盖了99%的应用需求。

 

 

另外,作者还给出了所使用的过孔的一些参数情况和进行3D仿真的模型。

 


好,我们一起来看分析的结果吧。

首先case1,表层走线,没有过孔stub的情况下,结果比较简单也比较明确,在3200Mbps的速率下信号质量比较好,在-16次方的严格误码率下,眼图仍有比较大的裕量。

 

那么进行case2的分析了。可以看到,过孔stub长度在73.1mil的时候是一个临界点,这个时候眼图刚好压在-16次方误码率的mask,再往下的话就不能满足该误码率的标准了。

 

那么case3呢,加上一个dimm条连接器之后的情况又会是如何呢?恩!是的,想到了会变差,但是,是不是没想到差成这样??

 

可以看到在Dimm条应用的情况下,50mil以上的stub都是有风险的,过不了-16次方误码率的标准。

进行完眼图的分析后,我们再来看看频域的分析,插损情况的对比。

首先进行了case2的73mil临界点和83mil不过的两种情况的对比。可以看到虽然只是10mil的差别,但是从下图红色框标出的几个点的损耗情况都有比较大的差异,几乎有30dB的区别。

 

而对比53mil的过孔stub长度下颗粒版本和Dimm条应用的情况如下。可以看到Dimm条模式下也会有接近10dB的差异了。

 

最后,作者给出了在不同过孔stub情况下的成功率的预测,非常的直观明了。







关键词: DDR4信号     过孔     PCB设计     仿真    

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