硬件電路設計之DDR電路設計(4)

1 簡介

DDR4(第四代雙倍數據速率同步動態隨機存取存儲器)是一種高帶寬的存儲器，今天主要講述一下DDR4在Layout過程中的一些細節。在DDR的設計過程中，DDR的Layout是十分重要的環節。

2 DDR4的拓撲結構

DDR4 SDRAM支持兩種拓撲類型:FLY-BY和Clamshell。

FLY-BY拓撲結構

FLY-BY拓撲結構將所有存儲設備放置在同一層（詳見下圖），這種拓撲結構更有利于數據通信，并且可以提供最佳的信號完整性，但是會占用寶貴的電路板空間。

Clamshell拓撲結構

Clamshell拓撲結構將存儲設備可以同時放置在TOP層和BUTTON層（詳見下圖），相對于FLY-BY拓撲結構，這種拓撲結構不利于數據通信，但是能節省大量的電路板空間。

3 Layout要求

信號分組：

• DQ[7:0]、DQM0、DQS0(Diff)為一組（共是11根信號線）；
• DQ[15:8]、DQM1、DQS1(Diff)為一組（共是11根信號線）；
• 所有的地址線、時鐘線以及控制線為一組。

阻抗控制：

• 單端信號的阻抗控制在50歐姆；
• 差分信號的阻抗控制在100Ω。

3.1布局要求

地址線布局布線要求優先選擇Fly-BY拓撲結構，鑒于地址線一般不會走在表層，所以出線后打過孔。過孔到引腳的長度盡可能短，長度在150mil(3.81mm)左右。

地址線和控制線的上拉匹配電阻放置在最后一個顆粒的末端，與顆粒的走線長度不要超過500mil(12.7mm),并且每個上拉電阻都要放置一個對應的VTT濾波電容（0.1uF）,最多可以兩個上拉電阻共用一個濾波電容。

3.1布線要求

走線要求

8根同組DQ數據線必須保證同層，DQM0、DQS0(Diff)有效保證與DQ數據線同層。另外地址線、控制線、以及時鐘線按照FLY-BY拓撲結構走線。

平面分割要求

為了保證電源完整性和信號完整性，DDR4的走線必須有完整電源參考平面，堅決杜絕跨分割現象，疊層時考慮讓地平面緊挨著電源平面，保證電流回流路徑最短。

等長要求

數據線走線盡可能短，走線總長度不能超過2000mil(50.8mm)，分組等長，組內等長誤差需要控制在±5%。（DQS和時鐘線沒有等長誤差要求，部分芯片有組件以及DQS和時鐘線的等長要求，具體需要參考手冊）

地址線、控制線、時鐘線作為一組等長，組內誤差不允許超過±20%；

DQS和時鐘差分線對內誤差范圍控制±1%；

信號的實際長度包括PIN腳長度、PIN Delay等。

4 FPGA布線要求

在PCB上，命令、地址和控制總線的路由見下：

4.1 FLY-BYU拓撲結構

命令、地址和控制總線的布局布線

命令、地址和控制總線布局方式見下：

數據線的阻抗、長度以及布線指導見下表：

時鐘線的布局布線

命令、地址和控制總線布局方式見下：

數據線的阻抗、長度以及布線指導見下表：

數據線

兩種拓撲結構的數據線（DQ、DM、DQS）的點對點連接方式相同。

數據線的阻抗、長度以及布線指導見下表：

4.2 Clamshell拓撲結構

命令、地址和控制總線的布局布線

命令、地址和控制總線布局方式見下：

數據線的阻抗、長度以及布線指導見下表：

時鐘線的布局布線

命令、地址和控制總線布局方式見下：

數據線的阻抗、長度以及布線指導見下表：

數據線

兩種拓撲結構的數據線（DQ、DM、DQS）的點對點連接方式相同。

數據線的阻抗、長度以及布線指導見下表：