過孔STUB長，DDR信號“強”？

作者：一博科技高速先生  姜杰

Layout組有個雷工，大家叫他老雷，盡管畫板多年閱板無數(shù)，但還是被SI同事給出的DDR4信號優(yōu)化建議整懵圈了；SI組也有個雷工，大家叫他小雷，盡管初出茅廬時默默無聞，但是在他優(yōu)化的這版一驅(qū)九DDR4穩(wěn)定運行在3200Mbps后，他將被尊稱為豹哥。

一驅(qū)九DDR4設(shè)計一直是行業(yè)公認的難點，尤其是板載顆粒的方案，當(dāng)然，具體難度也因板而異。不幸的是，兩位雷工這次遇到的是個硬骨頭，不光是板載顆粒設(shè)計，還是個改板，之所以改板，原因很簡單，之前的板子DDR4數(shù)據(jù)信號沒有達到3200Mbps的預(yù)期速率。 客戶反饋前一版本已經(jīng)可以跑到2933Mbps， 改板的需求也很簡單，就是能穩(wěn)定運行到3200Mbps，畢竟，上一版離目標(biāo)速率也就差那么一點點。
 

與客戶的樂觀不同，小雷覺得事情可能不像預(yù)期的那么容易?？梢耘袛嗟氖牵弦话媸窃Ａ坎蛔銓?dǎo)致的marginal fail，問題是，從2933Mbps到3200Mbps，這點看似不起眼的裕量去哪找？

熟悉高速先生文章的朋友一定還記得，一驅(qū)多DDRX，難點往往不在速率較高的數(shù)據(jù)信號，而在于速率只有數(shù)據(jù)信號一半的地址控制類信號，原因這里再解釋哈：數(shù)據(jù)信號一般都是點到點的拓撲，而且大多有片上端接（ODT），走線拓撲簡單，又有端接，信號想跑不起來都難；地址控制類信號的處境就難多了，難就難在一驅(qū)多的走線拓撲對信號的影響太大，即便速率相比數(shù)據(jù)信號減半。


小雷也深知這一點，所以上一版數(shù)據(jù)信號跑不到3200Mbps，大概率是因為DDR4的地址控制類信號達不到1600Mbps，于是查板從此類信號入手，上一版的走線拓撲為Clamshell，看不懂單詞沒關(guān)系，畫出來你就秒懂了：


對于空間受限的單板而言，一驅(qū)九DDR4選擇這個拓撲也算合理。Clamshell拓撲可以認為是Flyby拓撲和T拓撲的組合，所以既有Flyby拓撲的特點，也就是近端顆粒的信號質(zhì)量特別差；也有T拓撲的特點，近端的DRAM1和DRAM2一樣差。小雷的仿真結(jié)果也驗證了這一點，上一版近端顆粒的眼圖（地址信號速率1600Mbps）確實在Pass和Fail的邊緣瘋狂試探，無怪乎壓力測試速率總是差那么一點點。


令人沮喪的是，無論小雷如何調(diào)整Clamshell拓撲參數(shù)，近端顆粒的信號質(zhì)量始終不見改善，看來前一版的設(shè)計也是下過功夫的。關(guān)鍵時刻，客戶提供了另外一個信息：同樣的主控芯片，在板載顆粒方案之前，有過DIMM條成功的案例，當(dāng)時的DIMM條上的DDR顆粒采用Flyby拓撲，設(shè)計如下：


苦無良方的小雷決定照葫蘆畫瓢，讓老雷把板載顆粒也改為Flyby拓撲試試，不過，由于單板空間不像DIMM條充足，板載DDR芯片需要雙面布局，調(diào)整后的地址信號拓撲如下：

老雷不愧設(shè)計老炮兒，三下五除二把板子改了出來，除了因空間受限與DIMM條的布局無法做到一樣，DDR信號的各段走線長度、阻抗控制都與DIMM條保持一致，還很貼心了調(diào)整了信號走線層，讓過孔stub盡量短。

小雷查板之后相當(dāng)滿意，老雷得到認可后也很得意，甚至自信滿滿的與客戶確定了投板日期，萬事俱備，只欠仿真驗證了。
 
調(diào)整為Flyby拓撲的板載顆粒方案仿真結(jié)果居然又翻車了，近端顆粒信號質(zhì)量略有改善，但是仍沒達到預(yù)期效果：


小雷迷茫了，目前的仿真結(jié)果顯然無法支持數(shù)據(jù)信號穩(wěn)定運行到3200Mbps。拓撲、走線、阻抗都控制的和DIMM一毛一樣，為啥結(jié)果還差著一截？ 


一定是漏了什么？小雷對著DIMM條和板載設(shè)計的Flyby一點點的排查，功夫不負有心人，經(jīng)過一整天的對比驗證，終于發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵影響因素。最后給出的優(yōu)化方案讓老雷驚掉了下巴：調(diào)整主控芯片與近端顆粒之間走線的層面，控制過孔stub越長越好。


“都知道SI同事的套路深，沒想到這么深。眾所周知過孔stub越短越好，小雷為何這次卻不走尋常路，偏偏要加長？！”老雷將信將疑，還是耐著性子按照小雷的要求調(diào)整走線層，過孔stub由調(diào)整前的35mil增加到94mil。不曾想，仿真結(jié)果再次顛覆了老雷的認知，近端顆粒的信號質(zhì)量竟然鬼使神差的好了起來：


老雷心中疑云密布： “為什么會這樣？難道以前的經(jīng)驗有錯？”

小雷仿佛看透了老雷的想法，于是解釋起來：“其實，一開始自己也是百思不得其解，后來從stub的特點切入，才慢慢有了眉目：過孔stub本質(zhì)是一種能量泄放的通道，越是高頻的能量受到的影響越大，因此，高速串行信號需要控制過孔stub盡量短，以避免能量損耗。但是，本項目的特殊之處在于主控芯片的驅(qū)動較強，加上一驅(qū)多拓撲的反射更容易在近端顆粒處積累，所以近端顆粒的信號質(zhì)量就成了通道的瓶頸，增加近端顆粒的過孔stub長度能夠很好的衰減高頻分量，使主芯片輸出的強度減弱，上升沿變緩，最終達到減少反射的目的，相應(yīng)的，信號質(zhì)量也得到了改善。不過，這也是一家之言，要深入理解這個現(xiàn)象還有待進一步的研究?！?/p>

“這是不是說所有DDRX的Flyby信號拓撲都要控制近端顆粒過孔stub盡量長呢？”老雷繼續(xù)問道。

小雷沉吟半晌：“不是，增加過孔stub這種非常規(guī)操作需要慎用，這個項目這么做也是因為有仿真的驗證。如果主控芯片的驅(qū)動本身比較弱，這時再增加過孔stub可能就適得其反了?！?/p>

老雷秒懂了：“所以，It depends！實在拿不準(zhǔn)的還是要仿真?！?/span>

兩人會心一笑，順利投板。兩個月以后，客戶反饋了改板調(diào)試成功的消息，給這個項目畫上了圓滿的句號。

問題來了
大家接觸過的DDRX最多拖了幾個顆粒呢？地址信號采用什么拓撲？歡迎分享