高速先生成員--周偉

之前高速先生發表過一篇《過孔STUB長（zhǎng），DDR信（xìn）號“強”？》的文章，最近大（dà）家也都在問DDR4或DDR5長stub是否有影響（xiǎng），是否要（yào）背鑽等，然後（hòu）正好有個項（xiàng）目在仿真DDR4地址信號的時候我們讓設計人員將走（zǒu）線移到stub較長的層麵，信號（hào）居然變（biàn）好了，到底怎麽回事呢，下麵我（wǒ）們就來（lái）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（jiàn）都分布在底層，數據速率（下文（wén）簡稱（chēng）數率）需要運行到（dào）2400Mbps。如下圖所示為對應的疊層信息。

采（cǎi）用同樣的模型進（jìn）行仿（fǎng）真，發現主幹在L14層的（Stub較長）信號質量居然（rán）比L5層（Stub較短）的信號質量更好，可見如下圖所示的第（dì）一個顆粒（lì）信號眼圖的對比。

圖1 數率2400Mbps時第一個顆粒處地址信號眼圖

上圖（tú）所示（shì）L5層的走線眼圖基本快閉合了，眼寬也比較小，這種眼圖的質量可（kě）能會影響到信號的（de）正常工作，會導致（zhì）速率跑不上（shàng）去或者（zhě）會數據出錯，而L14層的走線眼圖就好（hǎo）很（hěn）多，再優（yōu）化一下就會有（yǒu）一定的裕量，看起來過孔stub長居然對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本質是一種能量泄放的通（tōng）道，越是高（gāo）頻的能量受到的影響越大，因此，高速串行需要（yào）控製過孔stub盡（jìn）量短，以避免能量損耗。但是，對於主控芯片的驅動較強，加上一驅多拓撲的反（fǎn）射更容易在近端顆粒處（chù）積累，所以近端顆粒的信號質量（liàng）就成了通道的瓶頸，增加近端顆粒的過孔stub長度能夠很好的衰減高（gāo）頻分量，使主芯片輸出的（de）強度減弱，上升沿變緩，最終達到減少反射的目的，相應的，信號質量也（yě）得到了改善。這也印證了我們一直說的：大部分信號完整性問題歸根到底就是信號的上升沿太快造（zào）成的。

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

圖2 數率3200Mbps時第（dì）一個顆粒（lì）處地（dì）址信號眼圖

可以看到速率上升後整體的眼高反而（ér）變好（hǎo）了，同時趨勢還是一樣，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。看起（qǐ）來在（zài）模型上升沿比較快（驅動強）的（de）時候，地址信號（hào）保留（liú）一（yī）定（dìng）的過孔stub確實會對信號質量有一（yī）定的改善作用，接下來我們再（zài）用Xilinx的fast slew rate模型來驗證一下，保持同樣的拓撲，將驅動模型（xíng）換成Xilinx的driver48_fast，其（qí）他（tā）不變的情況下，地址信號還是（shì）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（hào）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層的走線信（xìn）號質（zhì）量好。如果換成不是那麽快的比較正常的驅動（dòng）結果（guǒ）會怎麽樣呢？下麵我們把驅動改成Xilinx的driver48_typical，其（qí）他條件不變，仿真（zhēn）出來的眼圖如下圖所示。

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

兩個眼圖肉眼看（kàn）起來其實差不多，量測（cè）下來短stub孔的眼高（gāo）稍微（wēi）好點，但（dàn）長（zhǎng）stub孔的信號質量也還（hái）不錯，可以滿足要（yào）求，這麽（me）看來在3200Mbps數據速率下，不管驅動正常還（hái）是比較強，長stub過孔都有比較好的表（biǎo）現，這樣（yàng）是否就能說明過孔stub比（bǐ）較長其實（shí）對3200Mbps速率（lǜ）下的地址信號反而更好呢？大部分情況下看起來是這樣的，那如果（guǒ）這個信號（hào）本身的（de）驅（qū）動比較弱，此時長stub過孔（kǒng）會將信號上升（shēng）沿變得（dé）更緩，這樣對信號質量是否（fǒu）有影響呢？接下來我們也通過仿真來驗證下。

其他（tā）都不變的情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率3200Mbps時的眼圖如（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）

可以（yǐ）看到結論還是（shì）和上麵差不（bú）多，這是由於此時這個（gè）模型的沿也不是很緩，相對於普通的（de）弱驅其實也並不弱，那（nà）我（wǒ）們再來看看Xilinx的slow模式，這個可能更有代表性一點，直接將驅動模（mó）型換（huàn）成Xilinx的driver48_slow，其他不變還是在3200Mbps數率下的仿真結果如（rú）下圖所示。

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

從仿真結果來看，還是過孔stub較長的信號眼圖會好點，看（kàn）起來（lái）結論已經比較明顯了，那就（jiù）是（shì）3200Mbps數率下，過孔stub對地（dì）址信號的影響比較（jiào）小，甚至會吸收掉一部分反射信號使得信（xìn）號質（zhì）量（liàng）更好。再拓展一下，如果到了DDR5地（dì）址信號也有ODT了（le），結論還是不是這樣呢？都到門口了（le），我們接下來就最後再仿（fǎng）真看看（kàn）如果地址按照3200Mbps結果會怎麽（me）樣。

拓撲還是不變，驅動改為之前（qián）比較強一點的Ron48，顆粒模型換（huàn）成DDR5，外（wài）部上拉端接去（qù）掉，地址信號按照（zhào）3200Mbps速（sù）率仿真，結（jié）果（guǒ）如下圖所示。

圖7 數率6400Mbps時第一（yī）個（gè）顆粒（lì）處地址信號眼圖（Ron48驅動）

可以（yǐ）看到當地址（zhǐ）信號速率到3200Mbps時（數據率6400Mbps），長過（guò）孔stub對地（dì）址（zhǐ）信（xìn）號的影響（xiǎng）也還不是很大，這樣我們以後DDR4設計的時候就不用想著stub的影響了，也不用考慮地（dì）址信號長stub要不要做背鑽了（le），甚至有時候還（hái）可以特（tè）意把地址信號走在長（zhǎng）過孔stub的層麵（miàn）。

按照這個思路，我們正好把這個結論（lùn）用在了一（yī）個一拖（tuō）五的錯位正反貼的DDR4項目上，而且最（zuì）終驗證也成功了。該項目板（bǎn）厚也是3mm共18層板，一開始設計的時候采用常規的做法，盡量避開長過孔stub的（de）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（shè）嚴重，如下圖所示。

後麵我們建議引（yǐn）入一（yī）定的過孔stub，把TOP層的顆粒，前麵的走線換（huàn）到L3層；BOT層的顆粒，前麵的走線換到（dào）L16層（céng），這樣顆粒前麵的換層（céng）孔（kǒng）stub就比較長，然（rán）後再（zài）仿真得到如下比較好的眼（yǎn）圖。

有時候不得不覺得，這個世（shì）界就是這麽神（shén）奇（qí）！尤其是DDRx的設計套路太多了（le），設計難（nán）度越來越大，不仿（fǎng）真還（hái）真不好保證能跑到那麽高的速率。

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