DDR測試技術(shù)介紹與工具分析

DDR是雙倍數(shù)據(jù)速率的SDRAM內(nèi)存，如今大多數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、服務(wù)器產(chǎn)品的主流存儲器技術(shù)，并且不斷向嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域滲透。孰不知，隨著iPhone等大牌智能手機(jī)的采納，DDR內(nèi)存儼然成為智能手機(jī)轉(zhuǎn)變的方向之一，例如韓國泛泰去年底最新推出的Android智能手機(jī)Vega X就搭載了512MB的DDR2內(nèi)存。

　　DDR技術(shù)不斷發(fā)展，并行總線達(dá)到了串行技術(shù)的速度，時(shí)鐘速度達(dá)到1GHz。目前，DDR3現(xiàn)在已經(jīng)具備1.6Gb/s的數(shù)據(jù)速率，而DDR3-1866及更高速率版本正在開發(fā)中，很快就會出現(xiàn)在市場上。目前主流的DDR2也有多種速度、多種容量和多種規(guī)格,從DDR-266的266MT/S、133MHz、2.5V電壓，已經(jīng)發(fā)展到了現(xiàn)在的DDR2-1066的1066MT/S、533MHz、1.8V電壓。另外，低能耗DDR(LP-DDR，用于便攜式計(jì)算機(jī))和顯存GDDR也是DDR的發(fā)展變化版本。目前主流的DDR也有多種速度、多種容量和多種規(guī)格,從DDR-266的266MT/S、133MHz、2.5V電壓，已經(jīng)發(fā)展到了現(xiàn)在的DDR3-1600,1.5V電壓。另外，低能耗DDR(LP-DDR，用于便攜式計(jì)算機(jī))也是DDR的發(fā)展趨勢之一。

　　圖1： DDR存儲器的設(shè)計(jì)正超過千兆位數(shù)據(jù)速率，時(shí)鐘速度就要達(dá)到1GHz，帶來了更大的測試挑戰(zhàn)。

　　技術(shù)的升級和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，都使DDR存儲器的驗(yàn)證和測試更具挑戰(zhàn)性。高數(shù)據(jù)速率和時(shí)鐘速度使得時(shí)序余量更緊張，導(dǎo)致串?dāng)_、阻抗匹配和抖動問題加劇，這需要使用高速測試測量技術(shù)和性能更高的測試測量工具，以獲得更好的信號捕獲能力、測試精度等。

　　DDR測試要點(diǎn)和難點(diǎn)

　　鑒于DDR的stub(短線)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和緊張的時(shí)序容限，在驗(yàn)證和測試中要求檢驗(yàn)多種指標(biāo)，包括：電氣電源和信號電源質(zhì)量，噪聲、毛刺和地彈/地跳;時(shí)鐘信號質(zhì)量，上升時(shí)間和下降時(shí)間/slew rate ;命令、地址和數(shù)據(jù)有效窗口(建立/保持時(shí)間);DQS/DQ/時(shí)鐘偏斜。

　　DDR數(shù)據(jù)速率的不斷提升使得存儲系統(tǒng)的信號完整性問題日益凸顯。因此必須將物理層的信號與系統(tǒng)級的時(shí)序關(guān)聯(lián)起來，避免時(shí)序沖突、協(xié)議背離、時(shí)鐘抖動以及由總線引發(fā)的錯(cuò)誤，確保存儲系統(tǒng)準(zhǔn)確工作。需要關(guān)聯(lián)的時(shí)序包括：存儲器初始化時(shí)序;SDRAM模式寄存器操作(MSR);讀/寫數(shù)據(jù)有效窗口;休眠狀態(tài)的時(shí)序;普通工作狀態(tài)的時(shí)序。

　　至于DDR測試的難點(diǎn)，泰克的技術(shù)支持工程師余嵐最近在IIC-China的一場研討會中指出：“第一，DDR數(shù)據(jù)信號DQ和DQS是雙向的，所以讀信號和寫信號會同時(shí)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上，比較難分離那些數(shù)據(jù)是讀數(shù)據(jù)哪些數(shù)據(jù)是寫數(shù)據(jù);第二，就是探測問題，DDR2或者3使用的是BGA封裝，測試管腳隱藏在芯片的底下，因此探頭的選擇非常重要。另外由于DDR2和DDR3速率非常高，所以對于帶寬和探測信號保真度要求就格外的高，而且很多時(shí)候我們光靠示波器已經(jīng)滿足不了測試的要求了，需要聯(lián)合比如邏輯分析儀等進(jìn)行協(xié)議和時(shí)序的聯(lián)合測試。”

　　余嵐表示，帶寬/上升時(shí)間、采樣率、觸發(fā)方式、內(nèi)存軟件、探頭是DDR測試選擇示波器的重要考量指標(biāo)，其中帶寬/上升時(shí)間是重中之重，包括連接、信號保真度。但需要聯(lián)合邏輯分析儀等設(shè)備時(shí)，通道數(shù)和采樣率是最重要的考慮因素。[!--empirenews.page--]
　業(yè)界速度最快、最完整的DDR測試解決方案

　　對于DDR信號路徑(通道)鑒定和電路板/DIMM檢驗(yàn)，泰克公司帶有TDR模塊和S參數(shù)分析軟件的DSA8200采樣示波器可以幫助工程師高效、簡單地完成阻抗測量、插入損耗和回波損耗、串?dāng)_等測量項(xiàng)目，完成整個(gè)分析項(xiàng)目只需幾分鐘。該示波器的采樣帶寬>70GHz，最有最低的抖動本底，改善了阻抗測量精度和分辨率(Z-Line)，1M的存儲深度可保證對高頻信號的長時(shí)間測試。

　　對于DDR的模擬特性和物理層調(diào)試，泰克帶寬達(dá)20GB的DPO/DSA/MSO70000B高性能示波器和相關(guān)探測、測量軟件將是非常不錯(cuò)的選擇，一個(gè)方案同時(shí)支持DDR1/2/3、LP-DDR、GDDR3。當(dāng)然，特別值得一提的是還要搭配泰克公司的突破性探測工具和技術(shù)。不過，余嵐介紹說：“對于經(jīng)費(fèi)預(yù)算有限且DDR測試要求稍低的中小公司而言，泰克最新推出的高性價(jià)比中端示波器MSO/DPO5000也是不錯(cuò)的選擇。”

　　眾所周知，不論是智能手機(jī)等直接將DRAM芯片焊接在PCB上的嵌入式設(shè)計(jì)還是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化DIMM存儲卡，因?yàn)槿缃馜DR2和DDR3都是采用FBGA封裝，所以DRAM芯片的探測都是非常困難，因?yàn)橐酝倪壿嫹治鰞x和示波器探頭都不能探測到焊球，而通過連接器、PCB板或過孔這些測試點(diǎn)都不能真正代表DRAM內(nèi)部情況。為此，泰克創(chuàng)業(yè)界先河，與Nexus公司合作，開發(fā)出BGA芯片插座，該插座分為Socket版本和焊接版本，配合泰克公司的P7500系列TriMode(三模)專利探頭，可提供探測信號的完美保真度。

　　圖2：Nexus公司開發(fā)的BGA芯片插座(分成socket版本和焊接版本)確保了DDR探測信號保真度。

　　泰克的TriMode(三模)探測技術(shù)使用單條探頭與DUT鏈接，不僅可完成傳統(tǒng)差分測量，而且可切換成在任一輸入上進(jìn)行獨(dú)立單端測量或直接進(jìn)行共模測量。以往，完成這些需要3個(gè)獨(dú)立探頭(見圖3)。

　　圖3：

　　左圖：以往1只探頭用于差分測量、2只探頭用于單端測量和共模測量或1只探頭焊接和重焊三次、2只探頭用于共模測量。

　　右圖：1只TriMode探頭，通過切換進(jìn)行差分測量、單端測量和共模測量。[!--empirenews.page--]
前文提到過，DDR信號不同于其他信號，其數(shù)據(jù)信號是雙向的，讀信號和寫信號同時(shí)出現(xiàn)在信號線上。人們很難判斷當(dāng)前捕獲到的數(shù)據(jù)是讀信號還是寫數(shù)據(jù)，這就給測試效率會很低，也比較容易出錯(cuò)。有了泰克公司的DDR自動測試軟件選項(xiàng)如DDRA和DPOJET，就可使上述信號采集和分析問題迎刃而解，而且可以加速驗(yàn)證過程。

      DDRA的功能特性包括但不限于：

　　1.新的自動配置向?qū)В龑?dǎo)用戶簡便地完成設(shè)置和測試配置;

　　2.可識別和分析整個(gè)采集中的所有讀/寫突發(fā);

　　3.為讀和寫繪制DQS和DQ眼圖;

　　4.使用Pass/Fail極限執(zhí)行JEDEC一致性測試;

　　5.使用片選判定多排測量;

　　6.簡便地在一致性測試工具和分析/調(diào)試工具之間切換;

　　7.使用Pass/Fail信息、統(tǒng)計(jì)測量結(jié)果和測試設(shè)置信息，自動生成合并報(bào)告。

　　DDRA不是一種獨(dú)立式工具，可直接與泰克強(qiáng)大的抖動、眼圖和定時(shí)分析工具DPOJE連接，完成更多測量項(xiàng)目：

　　1.周期/頻率、占空比、幅度、上升/下降時(shí)間測量;

　　2.高級抖動、眼圖測量和Pass/Fail測試;

　　3.多個(gè)顯示和繪圖選項(xiàng);

　　4.報(bào)告生成器等。

　　對于DDR的數(shù)字調(diào)試和驗(yàn)證，泰克的TLA7000系列邏輯分析儀+Nexus分析軟件和NEXVu插卡式DIMM夾具提供了世界領(lǐng)先的DDR2/3存儲器數(shù)據(jù)采集、分析和協(xié)議檢驗(yàn)及調(diào)試解決方案。

　　圖4：泰克最新的解決方案加快和改善了DDR2/3的數(shù)字驗(yàn)證和調(diào)試步驟。

　　泰克提供的NEXVu插卡式DIMM夾具探測解決方案layout符合JEDEC規(guī)范，可探測存儲器IC信號，邏輯分析儀連接位置超出了普通DIMM高度，DIMM內(nèi)部帶有隔離電阻，降低探頭負(fù)載效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)最大的信號完整性堪稱業(yè)界最佳的IC顆粒數(shù)字信號測量方法。

　　泰克提供的最新DDR3邏輯分析儀模塊TLA7BBx是唯一可以捕獲所有DDR3速度的邏輯分析儀，提供了足夠高的定時(shí)分辨率，支持全面調(diào)試。同時(shí)提供了足夠靈活的觸發(fā)狀態(tài)機(jī)，只觸發(fā)相關(guān)事件。其通道數(shù)量可以擴(kuò)充，且足夠高，可以捕獲所有要求的信號。

　　搭載的Nexus存儲器支持套件有效提高了數(shù)據(jù)分析性能，檢驗(yàn)和調(diào)試存儲器系統(tǒng)操作(包括數(shù)據(jù)有效窗口、讀/寫數(shù)據(jù)操作、DDR命令和模式寄存器初始化)，可迅速簡便地識別協(xié)議違規(guī)。

　　將上述設(shè)備、工具和軟件再配上DPO/DSA/MSO70000B高性能示波器，泰克提供了一個(gè)全面了解系統(tǒng)特點(diǎn)的平臺驗(yàn)證系統(tǒng)(如圖5)。這是業(yè)界唯一能夠捕獲和分析所有DDR3速度的解決方案，在所有通道上一直提供了高達(dá)20ps的定時(shí)分辨率，支持選擇性時(shí)鐘輸入，只存儲實(shí)用數(shù)據(jù)，并且數(shù)字/模擬相關(guān)聯(lián)，可查看整個(gè)系統(tǒng)情況。

　　圖5：泰克的DDR平臺驗(yàn)證系統(tǒng)可全面了解系統(tǒng)特點(diǎn)。