高速先生成員--周偉

之前高速先生發表過一篇《過孔STUB長，DDR信號“強”？》的文章，最近大家也都在問（wèn）DDR4或DDR5長stub是否有影響，是否要背鑽等，然後正好有個（gè）項目在仿真DDR4地（dì）址信號的時（shí）候我們讓設計人員將走線移（yí）到stub較長的層麵，信號居然變好了，到底怎麽回事呢，下麵（miàn）我們就來看看吧。

這個項目共16層，板厚2.9mm，主控芯片（piàn）拖了3片DDR4顆（kē）粒，這些器件都分布在底層，數據速（sù）率（下文簡稱數率）需要運行到2400Mbps。如下圖所示為對（duì）應的疊層信息。

采用（yòng）同樣的（de）模型進行仿真，發現主幹（gàn）在L14層（céng）的（Stub較長（zhǎng））信號質量居然比L5層（Stub較短）的（de）信號質量更好，可見如下（xià）圖所示的（de）第（dì）一（yī）個顆粒信號眼圖的對比。

圖1 數率2400Mbps時第一（yī）個顆粒處地（dì）址信號眼圖

上圖所示L5層的走線眼圖基本快閉合了，眼寬（kuān）也比較小，這種眼圖的質量可能會影響到信號的正常（cháng）工作，會導致速率跑不上去或者（zhě）會數據出錯（cuò），而L14層的走線眼圖就好很多，再優化（huà）一下就會有一定的（de）裕量，看起來過（guò）孔stub長居（jū）然對DDR4的信號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（zhǒng）能量泄放的通（tōng）道，越（yuè）是高頻的能量受到的影響越大，因此，高速串行需要控製過孔stub盡量短，以避免能量（liàng）損耗。但是，對於主控（kòng）芯（xīn）片的驅動較強（qiáng），加上一驅多拓撲的反射更（gèng）容易在近端顆粒處積累，所以近端顆粒的信（xìn）號（hào）質量就成了通道的瓶頸，增加近端（duān）顆粒的（de）過孔stub長度能夠（gòu）很好的衰減（jiǎn）高頻分量，使主芯片輸出的強度減弱，上升沿變緩，最（zuì）終達到減少反（fǎn）射的目的，相應的，信號質量（liàng）也得到了改善。這也印證（zhèng）了我們一直說的：大部分信號完整性（xìng）問題（tí）歸根到底就是信（xìn）號的上升沿太快造成的。

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

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（zhěng）體的眼高反（fǎn）而變好了，同時趨勢還（hái）是一（yī）樣，比較長的stub孔 L14層的走線比短stub孔（kǒng）L5層的（de）走線信號質量好。看起來在模型上升沿比（bǐ）較快（驅動強）的時候，地（dì）址信號保留一定的過孔stub確實會對信號質量（liàng）有一定（dìng）的改善（shàn）作用，接下來我們再用Xilinx的fast slew rate模型來驗證一下，保（bǎo）持同樣的拓撲，將驅動模型換成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 數率3200Mbps時第一個顆粒處地址信號眼圖（tú）（xilinx_driver48_fast驅（qū）動）

   此時還（hái）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層的走線信號質量好。如果換成不是那麽快的（de）比較正常的驅動結果（guǒ）會怎麽樣呢？下麵我們把驅動改成（chéng）Xilinx的driver48_typical，其他條件不變，仿真出來的眼圖如（rú）下圖所示。

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

兩個眼（yǎn）圖肉眼看起來其實差不多，量測下來短stub孔的（de）眼高稍微好（hǎo）點，但長stub孔的信號質量也還不錯，可以滿足要求，這麽看來在3200Mbps數據速率下，不（bú）管驅動正常還是比較強，長（zhǎng）stub過孔都有比較好的表（biǎo）現，這樣是否就能說（shuō）明過孔stub比較長其實對3200Mbps速率下的地址信號反而更好呢？大部分情況下（xià）看起來是這樣的，那（nà）如果這（zhè）個（gè）信號（hào）本身的驅動比較弱，此時長stub過（guò）孔會將（jiāng）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（men）也通過仿（fǎng）真來驗證下。

其他都不變的情（qíng）況下將驅動模型換成比較弱一點的ron80，再比較兩種情況在數據速（sù）率3200Mbps時的眼圖（tú）如下圖所示。

圖5 數率3200Mbps時（shí）第一個顆粒處地址（zhǐ）信號眼圖（本案例_ron80驅動）

可以看到結（jié）論還是和上麵差不多，這是由（yóu）於此時這個模型的沿也不是很緩，相對於普通的弱驅其實也（yě）並不弱，那我們再來看看Xilinx的slow模式，這個可能更（gèng）有代表性一點，直接將驅動模型換成Xilinx的driver48_slow，其他不（bú）變還（hái）是在3200Mbps數率下的仿真結果如下圖所（suǒ）示。

圖6 數率3200Mbps時第一（yī）個顆粒處地址信號眼圖（xilinx_driver48_slow驅（qū）動）

從仿真結果來看，還（hái）是過孔（kǒng）stub較長的信號眼圖會好點，看起來結論已經比較明顯了，那就是（shì）3200Mbps數率（lǜ）下，過孔stub對地址信號的影（yǐng）響比較小，甚至會吸收掉一部分反射信號使得信號質量更好。再拓展（zhǎn）一下，如果到了DDR5地址（zhǐ）信號也有ODT了，結論還（hái）是不是這（zhè）樣呢？都到門口了，我們接下（xià）來就最後再仿（fǎng）真看看如果地址按照3200Mbps結果會怎麽樣。

拓撲還是不變，驅動改為之（zhī）前比較強一點的Ron48，顆粒模型換成DDR5，外（wài）部上拉端接去掉，地址信號按（àn）照3200Mbps速率仿真，結果如下圖所示。

圖7 數率6400Mbps時第（dì）一個顆粒處地址信號（hào）眼圖（Ron48驅動）

可以看到當地址信號速率到3200Mbps時（數據率6400Mbps），長過（guò）孔stub對地址信號的影響也（yě）還不（bú）是很大，這（zhè）樣我（wǒ）們（men）以後DDR4設（shè）計的時候就不（bú）用想著stub的影響了（le），也不用考慮地址信（xìn）號長stub要不要做背鑽了，甚（shèn）至有時候還可以特意把地址信號走在（zài）長過（guò）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（tuō）五的錯位（wèi）正反貼的DDR4項目上，而且最終驗證也成功了。該（gāi）項目板厚（hòu）也是3mm共18層板，一開始設計的時（shí）候采用常規的做法，盡量避開長過孔stub的層麵，後麵仿真的時候發現信號質量整體不太好，尤其是第一片顆粒的眼圖比較小，信號反射嚴重，如下圖所示。

後麵我們（men）建議引入（rù）一定的（de）過孔stub，把TOP層的（de）顆粒，前麵的走線換到（dào）L3層；BOT層的顆粒（lì），前麵的走（zǒu）線（xiàn）換到（dào）L16層，這樣顆粒前麵的換層孔（kǒng）stub就比較長，然後再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的設計套路太多了，設計難度越來越大，不仿真還真不好保證能跑到那（nà）麽高的速率。

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