嵌入式多媒体卡eMMC芯片基础知识及eMMC信号完整性量测案例

嵌入式多媒体卡eMMC存储芯片被广泛地应用在手机、平板电脑、GPS终端、电子书和其他应用微处理器的消费电子设备和工业物联网设备中。

在将eMMC芯片集成到电路设计中时经常会出现各种问题。信号的一致性测试可以帮助用户调试eMMC存储接口的信号完整性问题。本文由启威测实验室小编整理有关嵌入式多媒体卡eMMC芯片基础知识及eMMC信号完整性量测案例。  

01 eMMC基础知识：  

接口名称：eMMC

英文全称：embedded MultimediaCard

中文：嵌入式多媒体卡

标准维护和制定：JEDEC & MultimediaCard Association（MMCA，多媒体卡协会）

核心成员：JEDEC SOLID STATE TECHNOLOGY ASSOCIATION 固态存储技术协会

网址：www.jedec.org

当前规范：JESD84-B51

最新版本：V5.1

生效时间：2015年2月

下一版本：TBD

说明：eMMC封装在JESD21C标准中已有定义。

包括三种BGA封装规格： 11.5mm x 13mm x 1.3mm、12mm x 16mm x 1.4mm、12mm x 18mm x 1.4mm；

注：自V4.3版本开始，SPI模式被移除了，即不再支持SPI模式了。

图1 eMMC 的整体架构

02 eMMC芯片信号完整性量测案例：

2.1 测试设备

No.	Equipment	Model
1	Oscilloscope	Tektronix TDS7704B
2	Testscope	P7240& P7330

2.2 测试结果

No	Test Item	TestResult
1	ClockSignal	Pass
2	InputSignal	Pass
3	OutputSignal	Pass

2.3 EMMC 信号波形图及各信号测试结果

1) Signal Integrity—Clock Signal

测试信号	测试项目	规格(最小值)	规格(最大值)	单位	测试值	测试结果
CLOCK	tPERIOD	5	-	ns	19.96	Pass
	tTLH	-	0.2*tPERIOD	ns	0.5498	Pass
	tTHL	-	0.2*tPERIOD	ns	0.5887	Pass
	Duty Cycle	30	70	%	49.76~50.24	Pass
	VIH	0.625 * VCCQ	VCCQ + 0.3	V	3.182	Pass
	VIL	VSS - 0.3	0.25*VCCQ	V	-0.01	Pass
	Overshoot	-	-	%	3.328	Pass
	Undershoot	-	-	%	5.243	Pass

2) Signal Integrity—Input Signal

测试信号	测试项目	规格(最小值)	规格(最大值)	单位	测试值	测试结果
Input CMD	tISU	1.4	-	ns	4.913	Pass
	tIH	0.8	-	ns	14.79	Pass
	VIH	0.625 * VCCQ	VCCQ + 0.3	V	3.284	Pass
	VIL	VSS - 0.3	0.25*VCCQ	V	-0.028	Pass
	Overshoot	-	-	%	6.06	Pass
	Undershoot	-	-	%	5.857	Pass

测试信号	测试项目	规格(最小值)	规格(最大值)	单位	测试值	测试结果
Input D0	tISU	1.4	-	ns	7.036	Pass
	tIH	0.4	-	ns	2.883	Pass
	VIH	0.625 * VCCQ	VCCQ + 0.3	V	3.238	Pass
	VIL	VSS - 0.3	0.25*VCCQ	V	-0.002	Pass
	Overshoot	-	-	%	6.102	Pass
	Undershoot	-	-	%	7.376	Pass

3) Signal Integrity—Output Signal

测试信号	测试项目	规格(最小值)	规格(最大值)	单位	测试值	测试结果
Output CMD	tPH	0	2*UI	ns	3.706	Pass
	tVW	0.575*UI	-	ns	19.13	Pass
	VOH	0.75 * VCCQ	-	V	3.302	Pass
	VOL	-	0.125*VCCQ	V	-0.034	Pass
	tRISE	-	3	ns	1.077	Pass
	tFALL	-	3	ns	1.217	Pass
	Overshoot	-	-	%	6.674	Pass
	Undershoot	-	-	%	5.576	Pass

测试信号	测试项目	规格(最小值)	规格(最大值)	单位	测试值	测试结果
Output D0	tPH	0	2*UI	ns	5.274	Pass
	tVW	0.575*UI	-	ns	9.442	Pass
	VOH	0.75 * VCCQ	-	V	3.281	Pass
	VOL	-	0.125*VCCQ	V	0.0055	Pass
	tRISE	-	3	ns	0.25	Pass
	tFALL	-	3	ns	0.6784	Pass
	tODLY	-	13.7	ns	3.85	Pass
	tOH	2.5	-	ns	2.595	Pass
	tODLYddr-Min	1.5	7	ns	2.66	Pass
	tODLYddr-Max	1.5	7	ns	3.48	Pass
	Overshoot	-	-	%	7.081	Pass
	Undershoot	-	-	%	10.03	Pass

03 eMMC标准接口总结如下：

Name	Type1	Description
CLK	I	Clock
DS	O/PP	Data Strobe
DAT02	I/O/PP	Data
DAT1	I/O/PP	Data
DAT2	I/O/PP	Data
DAT3	I/O/PP	Data
DAT4	I/O/PP	Data
DAT5	I/O/PP	Data
DAT6	I/O/PP	Data
DAT7	I/O/PP	Data
CMD	I/O/PP/OD	Command/Response
RST_n	I	Hardware reset
VCC	S	Supply voltage for Core
VCCQ	S	Supply voltage for I/O
VSS	S	Supply voltage ground for Core
VSSQ	S	Supply voltage ground for I/O

【注】 I: input; O: output; PP: push-pull; OD: open-drain; NC: Not connected (or logical high); S: power supply.

相关名词定义：

CID: Card IDentification number register 卡识别码寄存器

CLK: Clock signal时钟信号

CMD: Command line or MultiMediaCard bus command (if extended CMDXX)

CRC: Cyclic Redundancy Check循环冗余检查

CSD: Card Specific Data register卡专有数据寄存器

DAT: Data line数据线

DSR: Driver Stage Register驱动阶段寄存器

启威测实验室提供eMMC芯片一致性测试验证、eMMC芯片信号完整性测试及眼图测试。

审核编辑：刘清