SDRAM和DDR布线指南

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* SDRAM和DDR布线指南 *
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2007/02/03  asdjf@163.com  www.armecos.com
ecos应用是与硬件平台无关的，虽然开发板没有涉及到SDRAM和DDR，不过，在某些高端平台上使用ecos可能会遇到内存布线问题，为了完整叙述，这里一并给出说明。
很多人对内存布线感到迷茫，找不到切入点，不知如何下手，其实高速硬件设计的主要任务就是与干扰做斗争，内存布线也不例外。可以这样考虑：内存是做什么用的呢？是用来存储数据的，写入1读出1，写入0读出0，即保证数据访问正确。那么，在什么情况会导致数据访问错误呢？
1、判决错误，0判成1，1判成0。可能参考电平不准(为什么不准？信号线内阻造成的压降)，也可能是加性干扰，或者阻抗不匹配引起信号畸变。
2、时序错误，不满足建立/保持时间，或者采样点相位错误，不在有效信号位置上。触发器需要维持一段时间的能量供给才能正常工作，这个时间就是建立/保持时间。
那么只要解决好这两个问题，保证内存正确访问，你的内存电路就设计成功了。
有了这个指导思想，内存布线就可以按部就班地完成。不过，不同的RAM类型，虽然目标都是避免判决和时序错误，但实现方法因工作模式不同而有较大差异。
高速系统一般采用低压信号，电压低，摆幅小，容易提高速度，降低功耗，但这给布线带来了困难，因为低压信号功率受信号线内阻影响大，是电压平方关系，所以要尽量减少内阻，比如使用电平面，多打孔，缩短走线距离，高压传输在终点用电阻分压出较低电压的信号等。SDRAM、DDR-I、DDR-II、DDR-III信号电压一个比一个低，越来越不容易做稳定。
电源供给也要注意，如果能量供给不足，内存不会稳定工作。
经常看到“等长布线”，其实，等长不是目的，真正的目的是满足建立保持时间，同频同相，采样正确。等长只不过可以最简单地实现这个目的罢了。要定量分析线长，必须按照时钟模型公式计算。时钟同步电路的类型在后面有简单介绍，这里只要知道SDRAM是公共时钟同步，DDR是源同步就可以了。
SDRAM是公共时钟同步模式，只关心建立时间，不关心保持时间。这些时间和各段飞行时间，经过各个门电路延时，clockskew，jitter，cycle等有关，需要按照公式精确计算。算出各种参数后下规则，让EDA软件辅助设计。选出最长的一根线，不需要计算什么，只要与之等长即可。有些软件能自己算，有些只能自己一段段计算，可以编程让EXCEL表格对某种格式的报告文件自动求和，也算半自动化了。
DDR的所有信号都要加匹配，不论多复杂，为了稳定性。
始端匹配串接一个22/33欧电阻即可，终端匹配分为AC匹配和DC匹配，阻容可以对噪点抑制，戴维宁电路可以提供高压输电，使参考电平更准确，虽然直流功耗大，但比单个50欧功耗小。
CPU和DDR都是高速器件，DDR热量高，应远离。而且DDR是源同步时钟模式，对保持时间有要求，不是线越短越好，有最小距离要求。保证时钟稳定，同频同相，冗余大即可。
有时，信号线有交叉的情况，此时，可以在PCB里调线，再反标回去，因为RAM的各个数据线不需要一一对应，只要有地方存储bit就可以了。注意：刷新线A10不能调，需要读取RAM ID时也不能调整。
评价设计的好坏要看Margin(冗余)，setup time margin和hold timemargin，SDRAM/DDR工作没问题并不意味着margin小，也许在实验室可以正常工作，可一到现场就死机。频率漂移，时钟抖动，相差，介电常数变化等都会导致采样错误/不满足建立保持时间，而margin大就可以尽量抵抗这些干扰，在一个恶劣的环境里仍然保持稳定。
内存的表现形式有两种：内存颗粒和内存条。内存条自身有走线长度，需要计算在内。问个问题：内存条有3种安装方式：竖插、斜插、平插，你认为那种方式好呢？
附：时钟同步电路的类型
源同步就是指时钟选通信号clk伴随发送数据一起由驱动芯片发送。公共时钟同步是指在数据的传输过程中，总线上的驱动端和接收端共享同一个时钟源，在同一个时钟缓冲器(clock buffer)发出同相时钟的作用下，完成数据的发送和接收。
公共时钟同步，将同一个时钟信号用时钟分配器分成2路，一路接发送器，一路接接收器。在时钟上升沿发送数据，在下一个周期的上升沿采样接收。速率在200-300MHZ以下。
源同步是时钟和数据一起发送，时钟稍稍滞后发送，传输速率主要由数据和时钟信号间的时差决定。因此速率快。
公共时钟同步电路走线长度有最大值len <=，源同步电路走线长度有最小值<= len <=
源同步关心保持时间，TBI+10bit数据和DDR的DQS+DATA属于源同步电路。
------       等长线
|时钟|----------------->发送端时钟
clk--->|驱动|----------------->接收端时钟
|    |---
------  |
|     |
---<---PLL补偿
公共时钟同步
-----
|驱 |------------------>clk
|动 |
|   |================>data
-----
源同步
---------  ---------
-----<         ><         >--------
---------  ---------
-----------
|         |
---------         -----------
|<--->|<-->|
建立   保持