第一步,确定拓补结构(仅在多片ddr芯片时有用)
首先要确定ddr的拓补结构,一句话,ddr1/2采用星形结构,ddr3采用菊花链结构。拓补结构只影响地址线的走线方式,不影响数据线。以下是示意图。
星形拓补就是地址线走到两片ddr中间再向两片ddr分别走线,菊花链就是用地址线把两片ddr“串起来”,就像羊肉串,每个ddr都是羊肉串上的一块肉,哈哈,开个玩笑。
第二步,元器件摆放
确定了ddr的拓补结构,就可以进行元器件的摆放,有以下几个原则需要遵守:
原则一,考虑拓补结构,仔细查看cpu地址线的位置,使得地址线有利于相应的拓补结构
原则二,地址线上的匹配电阻靠近cpu
原则三,数据线上的匹配电阻靠近ddr
原则四,将ddr芯片摆放并旋转,使得ddr数据线尽量短,也就是,ddr芯片的数据引脚靠近cpu
原则五,如果有vtt端接电阻,将其摆放在地址线可以走到的最远的位置。一般来说,ddr2不需要vtt端接电阻,只有少数cpu需要;ddr3都需要vtt端接电阻。
原则六,ddr芯片的去耦电容放在靠近ddr芯片相应的引脚
以下是ddr2的元器件摆放示意图(未包括去耦电容),可以很容易看出,地址线可以走到两颗芯片中间然后向两边分,很容易实现星形拓补,同时,数据线会很短。
以下是带有vtt端接电阻的ddr2元器件摆放示意图,在这个例子中,没有串联匹配电阻,vtt端接电阻摆放在了地址线可以到达的最远距离。
以下是ddr3元器件摆放示意图,请注意,这里使用的cpu支持双通道ddr3,所以看到有四片(参考设计是8片)ddr3,其实是每两个组成一个通道,地址线沿着图中绿色的走线传递,实现了菊花链拓补。地址线上的vtt端接电阻摆放在了地址线可以到达的最远的地方。同样地,数据线上的端接电阻也放置在了靠近ddr3芯片的位置,数据线到达cpu的距离很短。同时,可以看到,去耦电容放置在了很靠近ddr3相应电源引脚的地方。
第三步,设置串联匹配电阻的仿真模型
摆放完元器件,建议设置串联匹配电阻的仿真模型,这样对于后续的布线规则的设置是有好处的。点击analyzesi/emi simmodel assignment,如下图。
然后会出来model assignment的界面,如下图
然后点击需要设置模型的器件,通常就是串联匹配电阻,分配或创建合适的仿真的模型。
分配好仿真模型之后的网络,使用show element命令,可以看到相关的xnet属性。
第四步,设置线宽与线距
1. ddr走线线宽与阻抗控制密切相关,经常可以看到很多同行做阻抗控制。对于纯数字电路,完全有条件针对高速线做单端阻抗控制;但对于混合电路,包含高速数字电路与射频电路,射频电路比数字电路要重要的多,必须对射频信号做50欧姆阻抗控制,同时射频走线不可能太细,否则会引起较大的损耗,所以在混合电路中,本人往往舍弃数字电路的阻抗控制。到目前为止,本人设计的混合电路产品中,最高规格的ddr是ddr2-800,未作阻抗控制,工作一切正常。
2. ddr的供电走线,建议8mil以上,在allegro可以针对一类线进行物理参数的同意设定,我本人喜欢建立pwr-10mil的约束条件,并为所有电源网络分配这一约束条件。
3.线距部分主要考虑两方面,一是线-线间距,建议采用2w原则,即线间距是2倍线宽,3w很难满足;二是线-shape间距,同样建议采用2w原则。对于线间距,也可以在allegro中建立一种约束条件,为所有ddr走线(xnet)分配这样的约束条件。
4.还有一种可能需要的规则,就是区域规则。allegro中默认的线宽线距都是5mil,在cpu引脚比较密集的时候,这样的规则是无法满足的,这就需要在cpu或ddr芯片周围设定允许小间距,小线宽的区域规则。
第五步,走线
走线就需要注意的内容比较多,这里只做少许说明。
所有走线尽量短
走线不能有锐角
尽量少打过孔
保证所有走线有完整的参考面,地平面或这电源平面都可以,对于交变信号,地与电源平面是等电位的
尽量避免过孔将参考面打破,不过这在实际中很难做到
走完地址线和数据后,务必将ddr芯片的电源脚,接地脚,去耦电容的电源脚,接地脚全部走完,否则在后面绕等长时会很麻烦的
第六步,设置等长规则
对于数据线,ddr1/2与ddr3的规则是一致的:每个byte与各自的dqs,dqm等长,即dq0:7与dqs0,dqm。等长,dq8:15与dqs1,dqm1等长,以此类推。
地址线方面的等长,要特别注意,ddr1/2与ddr是很不一样的。
对于ddr1/2,需要设定每条地址到达同一片ddr的距离保持等长。
对于ddr3,地址线的等长往往需要过孔来配合,具体的规则均绑定在过孔上和vtt端接电阻上,如下图。可以看到,cpu的地址线到达过孔的距离等长,过孔到达vtt端接电阻的距离也等长。
补充一点,很多时候,地址线的等长要求不严格,这一点我还没有尝试过。在本人设计的这些产品中,地址线,数据线都做了25mil的relative propagation delay的等长规则设定。关于等长规则设定的细节在这里不再赘述。
第七步,绕等长
完成等长规则的设定后,最后一步也是工作量最大的一步:绕等长。
在这一步,我认为只有一点规则需要注意:尽量采用3倍线宽,45度角绕等长。
绕等长完成后,最好把ddr相关网络锁定,以免误动。
到这里,ddr走线就已经完成了,在本人设计过的三,四十种产品中,都是按照上面的规则与过程完成的,ddr2最高规格是ddr2-800,512mb,ddr3最高规格是ddr3-1600,1gb,都可以很稳定的工作,无论性能还是可靠性,都未曾出过问题。
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