高速先生成員--周偉

之前高（gāo）速先生發表過一篇《過孔STUB長，DDR信號“強”？》的（de）文章，最近大家也都在問DDR4或DDR5長stub是（shì）否有影響，是（shì）否要背鑽等，然後正好有個項（xiàng）目（mù）在仿真DDR4地址信號的時候我們讓設計人員（yuán）將走（zǒu）線移（yí）到stub較長的層麵，信號居然變好了，到底怎麽回事呢（ne），下麵我們（men）就來看看吧。

這個項目共16層，板厚2.9mm，主控芯片拖了3片DDR4顆粒，這些器件都分布在底層，數據速率（下（xià）文簡稱數率）需要運行到（dào）2400Mbps。如下圖所示為對應的（de）疊層（céng）信息。

采用同樣的模型進行仿真，發現主幹在L14層的（Stub較長）信號（hào）質（zhì）量居然比L5層（Stub較短）的信號質量（liàng）更好，可見如下圖所示的第一個顆粒信號眼圖的對比。

圖1 數（shù）率2400Mbps時第一個顆粒處地址信號眼圖

上圖所示L5層的走線眼圖基本快閉合了，眼（yǎn）寬也比較小，這種眼圖的質量可能會影響到信（xìn）號（hào）的（de）正常（cháng）工作，會導致速率跑不上去或者（zhě）會數（shù）據出錯，而L14層的走（zǒu）線眼圖就（jiù）好很多，再優化一下就會有一定的裕量，看起來過孔stub長居然對DDR4的信號（hào）質量有一定的改善作用。

這個原理其實在上篇文章中講到過，我們再來重溫一下：過孔stub本質是一種能量泄放的通道（dào），越是高頻（pín）的能量受到的影響越大，因此，高速串行需要控製過孔（kǒng）stub盡量短，以避免能量損（sǔn）耗。但（dàn）是，對於主控芯片的驅動較強，加（jiā）上（shàng）一驅多拓（tuò）撲的反射更容易在近端顆粒處積累，所以近端顆粒的信號質量就成了通道的瓶頸，增加近端顆粒（lì）的過孔stub長度能夠很好的（de）衰減高頻分量，使主芯（xīn）片輸出的強度減弱，上升沿變緩（huǎn），最終達（dá）到減少反射的目的，相（xiàng）應的，信號質量也得（dé）到了（le）改（gǎi）善。這也印證了我（wǒ）們一直說的：大部（bù）分信號（hào）完整性問題歸根到底（dǐ）就是信號的上升沿太快造成的。

我們接下來看（kàn）當數據速率上升（shēng）到3200Mbps時地址信號的眼圖會怎麽樣，其他都不變，直接改變地址（zhǐ）信號的速率到1600Mbps，如下是對應的眼（yǎn）圖：

圖2 數率（lǜ）3200Mbps時第一個顆粒處地址信號眼圖

可以看到速率上升後整體（tǐ）的眼高反而（ér）變好了，同時趨勢還是一（yī）樣，比較長的stub孔 L14層的走線比（bǐ）短stub孔L5層的（de）走線（xiàn）信號質量好（hǎo）。看起來在模型上升沿（yán）比較快（驅動強）的時候，地址信號（hào）保留一定（dìng）的過孔stub確實會對（duì）信號質量有一定的改善作（zuò）用，接下來我們再用Xilinx的fast slew rate模型來驗證一下，保持同樣（yàng）的（de）拓撲，將驅動模型換成（chéng）Xilinx的driver48_fast，其他不變的情況下，地址信號還是按照1600Mbps的速率仿真的結果如下所示。

圖3 數（shù）率3200Mbps時第一個（gè）顆粒處地址信號眼圖（tú）（xilinx_driver48_fast驅動）

   此時還是比較強的驅動，可以看到比較長的stub孔 L14層的走線比短stub孔L5層的走（zǒu）線信號質量好。如果（guǒ）換成不是那麽快的比較正常的驅動結果會怎麽樣呢（ne）？下麵我們把驅動改成Xilinx的driver48_typical，其他條件不變，仿真出來的眼圖（tú）如（rú）下圖所示。

圖4 數率3200Mbps時第一個顆粒處地址信號眼圖（xilinx_driver48_typical驅動）

兩個眼圖肉眼看（kàn）起來（lái）其實差不多，量測下來短stub孔的眼高稍微（wēi）好點，但長stub孔的信號質（zhì）量也還不錯，可以滿足要求，這麽看來在3200Mbps數據速率下，不管驅動正常還是比較強，長stub過孔都有比較好（hǎo）的表現，這樣是否就能說明過孔stub比較長其實（shí）對3200Mbps速率下的地址信號（hào）反而（ér）更好呢（ne）？大部分情況下看起來是這樣的，那如果這（zhè）個信（xìn）號本身的驅動比較弱，此時長stub過孔會將信號上升沿變得更緩，這樣對信號質量是否有影響呢？接下來我們也通過仿真來驗證下。

其他都不變的情況下將驅動模型換成比較弱一點（diǎn）的ron80，再比較兩種情況在數據（jù）速率3200Mbps時的眼（yǎn）圖如（rú）下圖所示。

圖5 數率3200Mbps時第一個顆粒處地址信號眼圖（本案例_ron80驅動（dòng））

可以看到結論還是和上麵差（chà）不多，這是由於此時這個模型的沿也不（bú）是很緩，相（xiàng）對（duì）於（yú）普通的弱驅其實也（yě）並不弱，那我們（men）再（zài）來看看Xilinx的slow模式，這個（gè）可能更有代表性（xìng）一點，直接將驅動模型換成Xilinx的driver48_slow，其（qí）他不變還是在3200Mbps數率下的仿（fǎng）真結果如下圖所示。

圖6 數率3200Mbps時第一個顆粒處（chù）地址信號眼圖（xilinx_driver48_slow驅動）

從仿真（zhēn）結果來看，還是過孔stub較長的信（xìn）號（hào）眼圖會好點，看起來結論（lùn）已經比較明顯了，那就是3200Mbps數率下，過孔（kǒng）stub對地址信號的影響比較小，甚至會吸收掉一部分反射信號使得（dé）信號質量更好。再拓展（zhǎn）一下，如果到了DDR5地址信號也有（yǒu）ODT了，結論還是不是這樣呢？都到門口了，我（wǒ）們接下來就最後再仿真看看如（rú）果地址按照（zhào）3200Mbps結果會怎麽樣。

拓撲（pū）還是不變，驅（qū）動改為之前（qián）比較強（qiáng）一（yī）點的Ron48，顆粒模型換成DDR5，外部上拉端接去掉，地址信號按照3200Mbps速率仿真，結果如下圖所示。

圖7 數率6400Mbps時第一個（gè）顆粒處地址信號眼圖（Ron48驅（qū）動）

可以看到當地址信號速率到3200Mbps時（數據率6400Mbps），長過孔stub對地址信號的影（yǐng）響也還不是很大，這樣我們以（yǐ）後DDR4設計的時（shí）候就不用想（xiǎng）著stub的影（yǐng）響了，也不用考慮地（dì）址信號長stub要（yào）不要做背鑽了，甚至有時候還可以特意把地址信號走在（zài）長過孔stub的層（céng）麵。

按照這個思路（lù），我們正好把這個結論用在了一個一拖五的錯（cuò）位正（zhèng）反貼的DDR4項目上，而且最終驗證也成功了。該項目板（bǎn）厚也是（shì）3mm共18層板，一開（kāi）始（shǐ）設計的時候采用常規的做法，盡量避開長過孔stub的層麵，後（hòu）麵仿真的時候發現信號質量整體不太好，尤其是（shì）第一片顆粒的眼圖比較小，信（xìn）號反射嚴重，如（rú）下（xià）圖所示。

後麵我們建議引（yǐn）入一定的過（guò）孔stub，把TOP層的顆粒，前（qián）麵的走線換到L3層；BOT層（céng）的顆（kē）粒（lì），前麵的走線換到（dào）L16層，這（zhè）樣顆粒（lì）前麵的換層（céng）孔stub就比較長，然後再（zài）仿真得到如下比較好的眼圖。

有時候不得不覺得，這個世界就是這麽神奇！尤其是DDRx的設（shè）計套路（lù）太多了，設計難度越來越大，不仿真還真不好保證能跑到那麽高的速率。

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