浅谈PCB布局中的DDR4阻抗变化

描述

如果没有正确的设计和分析工具集,高速接口可能难以布局和布线。以太网,USB,DDR,MIPI等协议需要在PCB布局中进行精确的单端和差分阻抗控制。反过来,这需要设计一个堆栈,用于具有定义的走线几何形状和返回路径的受控阻抗路由。难怪有些设计师很难开始高速布局和布线。

一旦完成布局和布线,就会出现布线是否正确的问题。在线DRC无疑可以帮助您不受设计约束,并防止可能会损害阻抗,产生过多串扰和引起EMI敏感性的布线错误。当您确实遇到阻抗变化之类的问题时,如果没有正确的场求解器,可能很难发现和纠正。

这些工具的综合功能使设计人员可以直接从PCB布局数据访问多个集成的现场求解器,以运行信号完整性,电源完整性和EMI分析。让我们看看如何使用这些工具识别DDR4阻抗变化以及什么会导致这些阻抗变化。

我们使用SIwave中的混合求解器在电路板的DDR4部分中发现了EMI问题,这与电路板中的电源层阻抗有关,特别是PLL_1V8网络(第6层)。除了运行DRC之外,在签核之前还应在布局中检查其他重要的信号完整性指标。一些例子是:

  • 任何阻抗控制网络上的阻抗变化
  • 高速信号的返回路径
  • 高速网络之间的串扰
  • 关键网络上的S,Y和Z参数提取
  • 关键网络上的寄生提取

在布局阶段,很难发现特定网络上的阻抗变化。尽管您可以为特定的网络类别定义阻抗配置文件,并可以在Altium Designer中轻松控制阻抗来布线走线,但是在布局中工作时,走线上的信号所看到的阻抗可能会发生变化。修改平面和铜浇注区域的形状后,您可以做出布局决定,以修改关键网络上的阻抗。同样,在完成复杂电路板的布局时,设计人员有可能在关键信号的返回路径中放置不连续点。因此,除了Altium Designer内置的DRC引擎外,还必须使用一些验证工具。

DDR4阻抗目标

Mini PC板包含两个板载8 GB DDR4 DRAM芯片,它们以1866 MHz运行,并且FPGA和DDR4芯片之间的路由需要阻抗控制。对于该板中使用的Micron MT40A512M16LY-107E DRAM模块,可选的片上端接允许34/40/48 Ohm单端阻抗或85/90/95 Ohm差分阻抗(也提供其他值)。

在对Mini PC板进行初步调查后,我们可以看到一些DDR4网络(字节通道1,第7层中的对称带状线)在PLL_1V8电源层和GND层(第6层)之间的分界线下方交叉。这些网络的下半部分以VDD_DDR平面(第8层)为参考,该平面为DDR4模块供电并与接地平面(第9层)相邻。

在这里,我们看到两个网络在PLL_1V8平面和GND的分叉处相交,其中一个是DDR4_DM1(DDR4字节1的一部分)。与USB_D10网络相比,DDR4_DM1具有非常长的部分,该部分在PLL_1V8与GND之间的分支之间通过。DDR4_DM1在两个平面之间交叉的部分非常长,走线的此部分的阻抗可能与所需的阻抗明显不同。

在这里, Altium Designer中的Simberian场求解器表明,这些带状线迹线的单端阻抗设计为 〜42欧姆(0.15毫米宽,Dk = 3.6,第6层和第8层之间为0.24毫米)。该设计假定带状线上方和下方的平面是均匀的,这将在此几何形状中提供所需的阻抗。由于平面之间的间隙,带状线看起来是不对称的,因此人们希望在此部分看到更高的阻抗。

阻抗扫描仪的现场求解器结果如图2所示。该图显示了路由到板载DDR4模块的每个网络的特征阻抗。插图面板显示了DDR4_DM1网络的放大视图。使用热图在视觉上显示了阻抗,从而可以识别迹线特定部分的阻抗,并将其与上面定义的DDR4阻抗目标进行比较。

由于返回电流被感应到没有相邻接地平面的PLL_1V8电源板中,因此该板上的叠层已经给高速信号创建一致的返回路径带来了困难。就分布式电路模型而言,这会减少带状线装置的每单位长度电容,从而在仿真结果中产生更大的阻抗。另外,路由已经很密集,并且需要保持这些网络之间的间距以减少串扰。

布局中针对这些问题的可能解决方案包括:

更改层堆叠,以使这些DDR网络参考第6层上的连续接地层。

尝试修改PLL_1V8平面底部边缘附近的布线,以使DDR4_DM1位于PLL_1V8下方。

修改PLL_1V8平面的跨度,使其与DDR4_DM1重叠。

最好的解决方案是与第2点和第3点相结合的,它与上一篇博客文章中的建议不冲突。一种选择是重新加工图3中所示的长度调整部分,以便为DDR4_DM1腾出空间。
编辑:hfy

打开APP阅读更多精彩内容
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉

全部0条评论

快来发表一下你的评论吧 !

×
20
完善资料,
赚取积分