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DDR硬件设计

2022-04-03 03:55:42

本文转载自“鼎阳硬件设计与测试智库”微信号(SiglentThinkTank),如有侵权请联系删除

DDR硬件设计篇


前言:因DDR在系统稳定性方面起着至关重要的作用,作为硬件设计人员在该问题上都会小心处理。在DDR设计时,IC方案厂家一般都会交代DDR部分必须完全参考demo的设计,不允许自行改动。在这样的环境背景下,DDR的设计也给人一种讳莫如深的印象。其实DDR设计本身并不神秘,本文将揭开DDR设计的神秘面纱,相信读者在读了此文之后,在今后的DDR设计中有所帮助。


一个项目开案后,一般都会拿到demo样机,参考设计资料。围绕DDR的设计,从原理图的角度讲并不需要修改,硬件连线本身比较简单,主IC+DDR颗粒+电阻电容就可以.将原理图copy过来一般都没问题。如果需要自己连线,就要仔细小心了,核对原理图必须一个一个pin来核对,最好将图纸打印出来核对才不容易出错。一个优秀的硬件工程师,靠的往往不是高智商,而是认真,耐心和勤勉。


如果不想自己的原理图设计得不明不白,想对DDR的原理有所了解,推荐文档《终级内存技术指南》,文章只介绍到DDR2,但是写得很详细,对理解DDR原理大有帮助。

下载链接:

http://www.hwthinktank.com/download.aspx?tid=92


原理图设计OK之后,在进行PCB设计阶段,可以简单也可以复杂。简单的方法,按照平台厂家的参考设计来做,DDR部分的最小系统原封不动,照搬过来。这也是目前设计中比较通用的做法。这样做的优势不需要重新仿真,可以节约时间成本。但是即便是依样画葫芦,也有如下几点需要注意:


第一:在有空间的情况下,预留一个屏蔽罩的位置,把主芯片和DDR罩起来,为板子出来后可能出现EMI问题留一手。如图1所示的设计,如果方案厂家在EMI处理上不是很好的话就必须将屏蔽罩加上。加屏蔽罩还会对ESD问题有改善,这里不再详细叙述了。


图1

第二:在PCB设计时,把DDR处的过孔锁住,防止设计过程中出现掉过孔的情况。例如使用pads时,原理图和PCB同步,容易出现掉GND孔的问题。以pads为例子给出图解。将图2中的Glued和Stitching都勾选,这样同步就不会再掉GND过孔了。



图2

第三:各走线的参考平面一定要按照参考设计来。以四层板为例,L1为signal,L2为GND,L3为power,L4为signal。有些客户在做B平台设计时,会参考之前A平台的设计经验,自行修改层定义。实践案例中有遇到客户L3层走电源及其它信号走线外,并没有铺地,全部挖空了,导致系统不稳定。类似案例原理及分析会在硬件调试篇中再详细介绍。


第四,在发板时,PCB叠层一定要按照方案厂家的要求来做,这一点经常被忽略或者和别的方案混淆。这里简单介绍一下叠层相关知识。



图3

如图3中,最表层是绿油,厚度不用可以关注,阻抗计算时才可以用到;


表层铜箔层,厚度是H OZ,表示半盎司,厚度为0.69mil,这个厚度并不规范。正常情况下,表层的铜厚应该是1盎司,厚度大约为1.35mil,最终成品铜厚可能会到1.4mil~1.5mil。部分PCB厂家在设计人员未要求铜厚的情况下,可能会从成本考虑做成半盎司,最终成品铜厚做成1.2mil。从阻抗的角度来讲影响不是很大。下图是表层铜厚对阻抗的影响。如图4及图5对比值,在表层铜厚相差0.2mil情况下,阻抗相差1.5欧姆,影响不明显。


图4

图5

铜后对电源走线还有影响。大家应该都知道一个经验规律,就是1盎司的铜厚,40mil可以走1A的电流,这里需要注意,一般板厂内层的铜厚只有半盎司,因此内层的电源走线需要走宽一点。


表层铜厚标注是半盎司铜厚时,板厂实际铜厚做成了1.2mil,对阻抗影响并不大,那么为什么要特别提出来呢?因为硬件设计一旦成型,修改就不像软件那么轻易的可以迭代了。如果板厂实际铜后真的只有半盎司(0.69mil)的话,走线阻抗阻抗和PCB走线的耐流值都会出现偏差,成型后的产品真出了问题就有说不清谁的责任了。


DDR的设计在如果是照搬的话,还需要注意一点的是:保证叠层一致的前提下,所有DDR信号走线不要要求PCB厂家去做50欧姆阻抗控制,包括CLK及DQS信号。因为平台方案厂家的参考设计都是做过仿真,并在demo出来后做过测试验证,不需要去特意控制阻抗,保证在叠层一致即可。


DDR的PCB设计阶段还有一种情况就是部分实力雄厚的设计公司会自行对DDR进行修改设计。自行修改DDR走线有可能出于结构考虑,需要将最小系统做小。自行设计DDR部分走线需要了解一些规则,如等长,阻抗控制,包地,电源拓扑等。走线结束后是经历仿真--修改--再仿真直至仿真OK的循环。


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