存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)-認(rèn)識(shí)信號(hào)完整性的價(jià)值

存儲(chǔ)器和其它組件之間的問(wèn)題通常存在于這些器件之間的接口上，這些系統(tǒng)級(jí)的問(wèn)題有時(shí)候是難以覺察的。本文詳述了一種能夠很容易地識(shí)別和解決這些出現(xiàn)在存儲(chǔ)器接口上問(wèn)題的測(cè)試工具，從而使你的設(shè)計(jì)更為魯棒。

過(guò)去，設(shè)計(jì)工程師已在新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用信號(hào)完整性(SI)測(cè)試并用于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。盡管SI在工程階段非常有價(jià)值，但它并非萬(wàn)能藥，隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)不斷深化，其價(jià)值實(shí)際上會(huì)變得越來(lái)越小，并且要用溫度及電壓邊際測(cè)試(margin testing)來(lái)補(bǔ)充或替代SI測(cè)試以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。

表1： 存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、測(cè)試及驗(yàn)證工具。

正確選擇存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、測(cè)量和驗(yàn)證的工具將減少工程時(shí)間并增加檢測(cè)潛在問(wèn)題的可能性。表1是5個(gè)用于存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)的重要工具的簡(jiǎn) 短描述，由于本文將重點(diǎn)放在用于確認(rèn)設(shè)計(jì)的功能性及魯棒性的工具上，這一列表并未完全列出所有的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)工具，表2說(shuō)明了在什么時(shí)候采用這些工具最為有 效。

產(chǎn)品開發(fā)的5個(gè)階段

調(diào)試實(shí)驗(yàn)室沒有邏輯分析儀對(duì)設(shè)計(jì)和調(diào)試是不可思議的，然而，鑒于對(duì)成本和時(shí)間的考慮，邏輯分析儀很少成為檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)故障或問(wèn)題的首選工具，它們卻常用來(lái)調(diào)試由兼容性或4-角測(cè)試(4-corner)所檢測(cè)到的問(wèn)題。產(chǎn)品開發(fā)包括5個(gè)階段：

階段1-設(shè)計(jì)

要在硬件設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)一個(gè)概念或思想，由于沒有現(xiàn)成的原型，只可采用仿真工具，因此，設(shè)計(jì)工程師只能依靠電及行為仿真工具來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

階段2-阿爾法原型

阿爾法原型是最初或較早的原型，它可能會(huì)在生產(chǎn)(BIOS、功能性等)前就經(jīng)過(guò)多次改變。

設(shè)計(jì)工程師必須在阿爾法原型上進(jìn)行足夠的測(cè)試以確保下一個(gè)原型，至少?gòu)挠布嵌戎v，將接近生產(chǎn)就緒狀態(tài)。就這一點(diǎn)而言，可靠的工具將至關(guān)重要。

首先要采用的工具是啟動(dòng)和軟件檢驗(yàn)，由此可得出有價(jià)值的信息，這些信息與基本軟件檢驗(yàn)相結(jié)合，從而指出需要加以改變的數(shù)據(jù)，由于基本硬件改變尚有可能，徹底的軟件檢驗(yàn)或許尚不可行。

表2：驗(yàn)證與設(shè)計(jì)階段相對(duì)的存儲(chǔ)器功能性的工具。

在這個(gè)階段SI測(cè)試起著重要作用，它捕獲線路板上線跡的模擬信號(hào)，這些捕獲可與仿真或器件規(guī)格進(jìn)行比較來(lái)確定這一器件是否符合規(guī)格及有充足的時(shí)序裕量，否則，就必須對(duì)器件加以改進(jìn)。

然而，有一種在這個(gè)階段不應(yīng)使用的工具是邊際測(cè)試，該測(cè)試只能在硬件完成后采用。在運(yùn)行相應(yīng)的測(cè)試后，設(shè)計(jì)工程師要進(jìn)行一系列設(shè)計(jì)變更，包括可能要通過(guò)電或行為的仿真來(lái)確保設(shè)計(jì)達(dá)到所需的效果。

階段3-貝塔原型

在最后階段(貝塔原型)，硬件接近成品狀態(tài)， 僅有一些很小的問(wèn)題出現(xiàn)，組合測(cè)試可以確保系統(tǒng)處于生產(chǎn)就緒狀態(tài)，軟件或兼容性的測(cè)試必須徹底，這一測(cè)試可單獨(dú)執(zhí)行或與邊際測(cè)試結(jié)合在一起執(zhí)行，邊際測(cè)試 的涵蓋范圍應(yīng)當(dāng)是廣泛的。不同的溫度與其極限電壓電平對(duì)識(shí)別這些問(wèn)題及邊際時(shí)有價(jià)值，這一組合應(yīng)捕獲可能出現(xiàn)的存儲(chǔ)器故障。

在這一階段SI測(cè)試的作用有限，但它可用于調(diào)試功能性的故障或確認(rèn)在阿爾法原型階段所進(jìn)行的改變。SI測(cè)試不應(yīng)用于驗(yàn)證來(lái)自未被改變的阿爾法原型的信號(hào)或網(wǎng)絡(luò)。假如在貝塔原型階段有任何補(bǔ)充性的修改，則有必要通過(guò)電和/或行為仿真或SI對(duì)這些修改進(jìn)行確認(rèn)。

階段4-生產(chǎn)

在生產(chǎn)階段很少對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改變，這一階段的重點(diǎn)在于穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，系統(tǒng)的生產(chǎn)或許需要幾個(gè)月甚至幾年，這一生產(chǎn)或許要用到數(shù)百或數(shù)千個(gè)元件，公司有一套穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的程序顯得尤為重要。

在系統(tǒng)進(jìn)入生產(chǎn)階段后對(duì)元件上進(jìn)行一系列的質(zhì)量測(cè)試，可以確保足夠的元件供應(yīng)以使生產(chǎn)不致中斷。在生產(chǎn)階段，極少對(duì)母板的線 跡和布局加以改變，由于SI測(cè)試已用于確認(rèn)那些改變，在這一階段，SI測(cè)試不再必要。此外，SI測(cè)試不能捕獲以往由系統(tǒng)/存儲(chǔ)器相關(guān)的問(wèn)題所造成的故障， 首選的工具及穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵是兼容性及邊際測(cè)試。

階段5-后期制作

像MP3播放器或DVD錄音機(jī)這樣的系統(tǒng)在生產(chǎn)后段沒有穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的要求，然而，其它的系統(tǒng)可能有存儲(chǔ)器升級(jí)或支持的要求，這一點(diǎn)在筆記本電腦、移動(dòng)PC及其它器件中尤為常見，而且在生產(chǎn)后段的數(shù)年都很重要，邊際測(cè)試及兼容性測(cè)試成為穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

圖1：從示波器所獲得的典型的信號(hào)完整性問(wèn)題。

信號(hào)完整性測(cè)試

電子設(shè)計(jì)工程師喜歡使用示波器觀察電路設(shè)計(jì)并評(píng)估信號(hào)。圖1顯示了一個(gè)典型的SI捕獲，在這一實(shí)例中，目標(biāo)照片表明信號(hào)來(lái)自單個(gè)DDR同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SDRAM)組件：地址組1、片選擇信號(hào)及不同的系統(tǒng)時(shí)鐘。

SI測(cè)試過(guò)程用系統(tǒng)信號(hào)的示波器光圖來(lái)評(píng)估電壓隨時(shí)間的變化，這些光圖或“捕獲”通過(guò)視覺來(lái)評(píng)價(jià)違規(guī)狀態(tài)，這種方法因?qū)こ虒＜业乃教岢龈叩囊螅蚨且粋€(gè)耗時(shí)的過(guò)程。

如圖1所示的SI測(cè)試圖能夠反映出振鈴、上沖/下沖和時(shí)鐘沖突(斜率、建立/保持時(shí)間、總線爭(zhēng)用等)，假如上述狀況中有任何一種出現(xiàn)，通過(guò)兼容性及邊際測(cè)試都能輕易發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，在這些問(wèn)題被發(fā)現(xiàn)后，其它的工具(邏輯分析儀、SI測(cè)試等)能夠確定故障的原因。

SI分析的局限性

SI分析正變得越來(lái)越困難并且消耗時(shí)間，在像FBGA封裝這樣的情況下，幾乎不可能進(jìn)行SI分析，原因何在？除非探測(cè)點(diǎn)被增加到設(shè)計(jì)當(dāng)中，在FBGA封裝中是不可能探測(cè)到信號(hào)的。

在多芯片模組(MCM)封裝中，將各種不同的芯片組合在一個(gè)封裝內(nèi)，這些封裝既可用鑄模化合物也可用密閉的方法加以保護(hù)，并且封裝內(nèi)的信號(hào)無(wú)法被探測(cè)到。