DDR測(cè)試技術(shù)和工具是否跟上了時(shí)代步伐？

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(chǔ)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(guó)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(xiàn)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(kāi)發(fā)中，很快就會(huì)出現(xiàn)在市場(chǎng)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(shì)之一。

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

技術(shù)的升級(jí)和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，都使DDR存儲(chǔ)器的驗(yàn)證和測(cè)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(dòng)問(wèn)題加劇，這需要使用高速測(cè)試測(cè)量技術(shù)和性能更高的測(cè)試測(cè)量工具，以獲得更好的信號(hào)捕獲能力、測(cè)試精度等。

DDR測(cè)試要點(diǎn)和難點(diǎn)

鑒于DDR的stub(短線(xiàn))拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和緊張的時(shí)序容限，在驗(yàn)證和測(cè)試中要求檢驗(yàn)多種指標(biāo)，包括：電氣電源和信號(hào)電源質(zhì)量，噪聲、毛刺和地彈/地跳；時(shí)鐘信號(hào)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(chǔ)系統(tǒng)的信號(hào)完整性問(wèn)題日益凸顯。因此必須將物理層的信號(hào)與系統(tǒng)級(jí)的時(shí)序關(guān)聯(lián)起來(lái)，避免時(shí)序沖突、協(xié)議背離、時(shí)鐘抖動(dòng)以及由總線(xiàn)引發(fā)的錯(cuò)誤，確保存儲(chǔ)系統(tǒng)準(zhǔn)確工作。需要關(guān)聯(lián)的時(shí)序包括：存儲(chǔ)器初始化時(shí)序；SDRAM模式寄存器操作(MSR)；讀/寫(xiě)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(cè)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(chǎng)研討會(huì)中指出：“第一，DDR數(shù)據(jù)信號(hào)DQ和DQS是雙向的，所以讀信號(hào)和寫(xiě)信號(hào)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線(xiàn)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(xiě)數(shù)據(jù)；第二，就是探測(cè)問(wèn)題，DDR2或者3使用的是BGA封裝，測(cè)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(duì)于帶寬和探測(cè)信號(hào)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(mǎn)足不了測(cè)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(cè)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(cè)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(hào)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。

業(yè)界速度最快、最完整的DDR測(cè)試解決方案

對(duì)于DDR信號(hào)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(jiǎn)單地完成阻抗測(cè)量、插入損耗和回波損耗、串?dāng)_等測(cè)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(dòng)本底，改善了阻抗測(cè)量精度和分辨率（Z-Line），1M的存儲(chǔ)深度可保證對(duì)高頻信號(hào)的長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試。

對(duì)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(cè)、測(cè)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(cè)工具和技術(shù)。不過(guò)，余嵐介紹說(shuō)：“對(duì)于經(jīng)費(fèi)預(yù)算有限且DDR測(cè)試要求稍低的中小公司而言，泰克最新推出的高性?xún)r(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(chǔ)卡，因?yàn)槿缃馜DR2和DDR3都是采用FBGA封裝，所以DRAM芯片的探測(cè)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(cè)到焊球，而通過(guò)連接器、PCB板或過(guò)孔這些測(cè)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(kāi)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(zhuān)利探頭，可提供探測(cè)信號(hào)的完美保真度。
 
圖2：Nexus公司開(kāi)發(fā)的BGA芯片插座（分成socket版本和焊接版本）確保了DDR探測(cè)信號(hào)保真度。

泰克的TriMode(三模)探測(cè)技術(shù)使用單條探頭與DUT鏈接，不僅可完成傳統(tǒng)差分測(cè)量，而且可切換成在任一輸入上進(jìn)行獨(dú)立單端測(cè)量或直接進(jìn)行共模測(cè)量。以往，完成這些需要3個(gè)獨(dú)立探頭（見(jiàn)圖3）。
 
圖3：
左圖：以往1只探頭用于差分測(cè)量、2只探頭用于單端測(cè)量和共模測(cè)量
或 1只探頭焊接和重焊三次、2只探頭用于共模測(cè)量。
右圖：1只TriMode探頭，通過(guò)切換進(jìn)行差分測(cè)量、單端測(cè)量和共模測(cè)量。

前文提到過(guò)，DDR信號(hào)不同于其他信號(hào)，其數(shù)據(jù)信號(hào)是雙向的，讀信號(hào)和寫(xiě)信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)在信號(hào)線(xiàn)上。人們很難判斷當(dāng)前捕獲到的數(shù)據(jù)是讀信號(hào)還是寫(xiě)數(shù)據(jù)，這就給測(cè)試效率會(huì)很低，也比較容易出錯(cuò)。有了泰克公司的DDR自動(dòng)測(cè)試軟件選項(xiàng)如DDRA和DPOJET，就可使上述信號(hào)采集和分析問(wèn)題迎刃而解，而且可以加速驗(yàn)證過(guò)程。DDRA的功能特性包括但不限于：
1.新的自動(dòng)配置向?qū)?，引?dǎo)用戶(hù)簡(jiǎn)便地完成設(shè)置和測(cè)試配置；
2.可識(shí)別和分析整個(gè)采集中的所有讀/寫(xiě)突發(fā)；
3.為讀和寫(xiě)繪制DQS和DQ眼圖；
4.使用Pass/Fail 極限執(zhí)行JEDEC一致性測(cè)試；
5.使用片選判定多排測(cè)量；
6.簡(jiǎn)便地在一致性測(cè)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(cè)量結(jié)果和測(cè)試設(shè)置信息，自動(dòng)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(dòng)、眼圖和定時(shí)分析工具DPOJE連接，完成更多測(cè)量項(xiàng)目：
1.周期/頻率、占空比、幅度、上升/下降時(shí)間測(cè)量；
2.高級(jí)抖動(dòng)、眼圖測(cè)量和Pass/Fail測(cè)試；
3.多個(gè)顯示和繪圖選項(xiàng)；
4.報(bào)告生成器等。

對(duì)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(chǔ)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(cè)解決方案layout符合JEDEC規(guī)范，可探測(cè)存儲(chǔ)器IC信號(hào)，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(hào)完整性堪稱(chēng)業(yè)界最佳的IC顆粒數(shù)字信號(hào)測(cè)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(hào)。

搭載的Nexus存儲(chǔ)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(chǔ)器系統(tǒng)操作（包括數(shù)據(jù)有效窗口、讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)操作、DDR命令和模式寄存器初始化），可迅速簡(jiǎn)便地識(shí)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(tái)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)20 ps的定時(shí)分辨率，支持選擇性時(shí)鐘輸入，只存儲(chǔ)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(tái)驗(yàn)證系統(tǒng)可全面了解系統(tǒng)特點(diǎn)。