DDR Layout Guide-DDR内存布线指导

电子小跑腿

在现代高速数字电路的设计过程中，工程师总是不可避免的会与DDR或者DDR2，SDRAM打交道。DDR的工作频率很高，因此，DDR的布线（或者Layout）也就成为了一个十分关键的问题，很多时候，DDR的布线直接影响着信号完整性。下面本文针对DDR的布线问题（Layout）进行讨论。

                               
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信号引脚说明
VSS为数字地，VSSQ为信号地，若无特别说明，两者是等效的。VDD为器件内核供电，VDDDQ为器件的DQ和I/O供电，若无特别说明，两者是等效的。
对于DRAM来说，定义信号组如下：

[li]数字信号组DQ，DQS，xDM，其中每个字节又是内部的一个信道Lane组，如DQ0~DQ7，DQS，LDM为一个信号组。[/li][li]地址信号组：ADDRESS[/li][li]命令信号组：CAS#，RAS#，WE#[/li][li]控制信号组：CS#，CKE[/li][li]时钟信号组：CK，CK#[/li]

印制电路板叠层，PCB Stackups
推荐使用6层电路板，分布如下：

                               
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[li]电路板的阻抗控制在50~60ohm[/li][li] 印制电路板的厚度选择为1.57mm(62mil)[/li][li]填充材料Prepreg厚度可变化范围是4~6mil[/li][li]电路板的填充材料的介电常数一般变化范围是3.6~4.5，它的数值随着频率，温度等因素变化。FR-4就是一种典型的介电材料，在100MHz时的平均介电常数为4.2。推荐使用FR-4作为PCB的填充材料，因为它便宜，更低的吸湿性能，更低的电导性。[/li]

一般来说，DQ，DQS和时钟信号线选择VSS作为参考平面，因为VSS比较稳定，不易受到干扰，地址/命令/控制信号线选择VDD作为参考平面，因为这些信号线本身就含有噪声。
电路板的可扩展性
根据JEDEC标准，不同容量的内存芯片一般引脚兼容，为了实现电路板的可扩展性，可以做如下处理，如128Mb与256Mb的兼容应用。

                               
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未用的DQ引脚
对于x16的DDR器件来说，未用的引脚要作一定的处理。例如x16的DDR来说，DQ15：DQ8未用，则处理如下，将相关的UDM/DQMH拉高用来屏蔽DQ线，DQ15：DQ8通过1~10k的电阻接地用来阻止迸发写时的噪声。
端接技术
串行端接，主要应用在负载DDR器件不大于4个的情况下。
对于双向I/O信号来说，例如DQ，串行端接电阻Rs放置在走线的中间，用来抑制振铃，过冲和下冲。
对于单向的信号来说，例如地址线，控制线，串行端接电阻放置在走线中间或者是信号的发送端，推荐放置在信号的发送端。

                               
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说明：DDR的CK与CK# 是差分信号，要用差分端接技术。
并行端接，主要应用在负载SDRAM器件大于4个，走线长度>2inch，或者通过仿真验证需要并行端接的情况下。
并行端接电阻Rt取值大约为2Rs，Rs的取值范围是10~33ohm，故Rt的取值范围为22~66ohm。

                               
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如果有必要的话，所有DDR的数据，地址，命令，控制线都是SSTL_2接口，要使用single-ended Parallel Termination，如上图。CKE也可以使用这种端接。
导线宽度和间距：
导线间距和导线宽度S1，S2，S3的定义如下：

[li]S1表示同一信号组内两相邻导线之间的间距[/li][li]S2表示不同信号组之间两相邻导线之间的间距[/li][li]S3表示导线的宽度[/li]

                               
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导线宽度选择为：

                               
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导线间距选择：

                               
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几点说明：

[li]DQS一般布线的位置是数据信号组内同一信号组中DQ走线的中间，因此DQS与DQS之间的间距一般不提[/li][li]DQS与时钟信号线不相邻[/li][li]为了避免串扰，数据信号组与地址/命令/控制信号组之间的走线间距至少20mil，建议它们在不同的信号层走线[/li][li]时钟信号组走线尽量在内层，用来抑制EMI[/li]

导线走线长度
所有DDR的差分时钟线CK与CK#必须在同一层布线，误差+-20mil，最好在内层布线以抑制EMI。如果系统有多个DDR器件的话，要用阻值100~200ohm的电阻进行差分端接。
(1) 若时钟线的分叉点到DDR器件的走线长度<1000mil，要使用100~120ohm的差分端接，如下图：

                               
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(2) 若时钟线的分叉点到DDR器件的走线长度>1000mil，要使用200~240ohm的电阻差分端接，因为两个200~240ohm的电阻并联值正好为100~120ohm。如下图所示。

                               
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[li]数据信号组的走线长度与时钟信号线的误差为+-500mil，组内同一信道的信号线走线误差为+-50mil，从而可以得到，组内不同信道的走线误差为+-1000mil，相同信道的DQS一般走线在DQ中间[/li][li]地址线/命令/控制信号线与时钟信号走线的误差为+-400mil，组内走线误差为+-50mil[/li][li] 所有信号的走线长度控制在2inch(5cm)最好[/li]

去耦电容

[li]推荐使用低ESL(2nH)的电容，大小在0.01uF~0.22uF，其中0.01uF针对高频，0.22uF针对低频[/li][li]建议使用钽电容。相对于电解电容来说，虽然它比较贵，但它具有较好的稳定性，较长的使用周期。一般电解电容随着使用时间的加长，性能下降较多[/li]

参考电压
对于较轻的负载(<4DDR器件)，可使用下图的方法：

                               
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对于较重的负载(>4 DDR器件)，可使用IC来产生VREF。IC内部集成了两种电压VTT和VREF，其中VTT在重负载的情况下最高电流可达3.5A，平均电流为0A，VREF的电流比较小，一般只有3mA左右。

                               
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VREF走线控制
具体如下图所示：

                               
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DDR的VTT设计
当数据线地址线负载较重时，VTT的暂态电流峰值可达到3.5A左右，这种暂态电流的平均值为0A。一些情况下不需要VTT技术(并行端接)。

[li]系统中有2个或更少的DDR[/li][li]总线上需要的电流不是很高，中等左右[/li][li]通过仿真验证不需要[/li]

VTT电压的产生一般用IC，厂商包括：Intersilm Philips, Semiconductors, Fairchild, National, TI等等。
选用了IC实现VTT，推荐使用下面的原则：

[li]VTT用Rt端接地址/控制/命令信号线，端接数据信号组VTT=VDDQ/2[/li][li]VTT并不端接时钟信号线，时钟信号线使用前面说的差分端接技术[/li][li]VTT与VREF走线/平面在同一层，必须具有150mil的距离，推荐它们在不同层[/li][li]VTT走线/平面需要至少2个4~7uF的解耦电容，2个100uF的电容。具体放置位置是VTT的两个端点（at each end）[/li][li]VTT表面走线宽度至少150mil，推荐250mil[/li][li]上电时序：VTT开始上电必须在VDDQ之后，避免器件latch-up，推荐VTT和VREF同时上电[/li][li]如果走线要分支的话，建议使用T型分支。具体见下图[/li]

                               
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