用高帶寬混合信號示波器進行DDR驗證和調試的技巧

用高帶寬混合信號示波器進行DDR驗證和調試的技巧

?? DDR存儲器，也稱雙倍數(shù)據(jù)率同步動態(tài)隨機存儲器，常用于高級嵌入式電路系統(tǒng)的設計，包括計算機、交通運輸、家庭娛樂系統(tǒng)、醫(yī)療設備和消費類電子產(chǎn)品。 DDR的廣泛采用也推動著DDR存儲器自身的研發(fā)，在DDR 1和DDR 2逐漸得到普及并成熟運用于某些行業(yè)的同時，新的DDR技術也開始出現(xiàn)在電子產(chǎn)品設計中，如DDR3(第三代DDR技術)和LPDDR(低功耗DDR技術)器件，它們能提供更高的性能。你可能認為DDR存儲器的設計非常簡明，但事實上，這些存儲器件中更高的數(shù)據(jù)率和更低的電壓常常會令你感到很難有設計裕量。此外，DDR接口是最為復雜的高速接口之一，因為每個存儲器件上都有很多引腳；DDRII/III DQS、DQ等信號線不是簡單的邏輯1和邏輯0，還包括高阻態(tài)；高速數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)達到USB2.0和PCI -Express等串行技術的數(shù)百兆位每秒水平。這樣一來，驗證DDR接口成為一項繁雜的任務。雖然示波器廣泛用于DDR接口的高性能物理層驗證，但 DDR存儲器技術的復雜性使常規(guī)示波器的驗證和調試成為一項挑戰(zhàn)。它可能會限制你進一步測量的能力，如讀寫數(shù)據(jù)分離、命令觸發(fā)、狀態(tài)機解碼和協(xié)議調試。針對此，本文將重點介紹常規(guī)示波器驗證過程中所遭遇的挑戰(zhàn)，以及MSO如何應對這些挑戰(zhàn)。
　驗證挑戰(zhàn)

　　DDR存儲器接口的復雜，不僅體現(xiàn)在它是并行接口，每一根數(shù)據(jù)信號的傳輸率達幾百兆甚至超過1G比特每秒，而且還體現(xiàn)在DDR存儲器控制器和 DDR芯片間大量的信號互連。一個典型DDR器件有20個以上的信號，包括時鐘、6個控制信號、12個地址信號、1個選通信號和8個數(shù)據(jù)信號。當啟動一項操作時，存儲器控制器要通過輸出至DDR芯片的控制信號發(fā)布命令。傳統(tǒng)示波器只有4個模擬輸入通道，而您可能需要同時連接所有6個控制信號，來確定發(fā)送至 DDR接口的命令類型，更不用說很多時候設計人員需要同時觀察時鐘、數(shù)據(jù)選通和數(shù)據(jù)信號。

　　即使設計人員能根據(jù)有限的控制信號推導出命令或狀態(tài)，但依據(jù)每一控制信號的高低狀態(tài)解碼當前命令，并回溯至DDR規(guī)范的真值表仍很困難。即使有可能實現(xiàn)，這也會是極為費時和容易出現(xiàn)人為錯誤的任務。解碼成百，甚至上千的長波形跡線并保持跟蹤則會是一場噩夢。由于示波器不能自動提供實時信息，手動查錯工作將因費時費力而失去效率和效果。

　　由于受示波器通道數(shù)的限制，設計人員也許不能對所關注的信號作任何有意義的測量。例如當把示波器通道接至一個時鐘信號和三個控制信號后，就已經(jīng)用完了所有的示波器通道。因此不能查看存儲器控制器要訪問的地址信號，或是正在DDR總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號。

　　對于存儲器控制器和DDR芯片的驗證來說，隔離讀寫操作的能力至關重要。由于DDR總線上的讀和寫操作使用相同的數(shù)據(jù)選通和數(shù)據(jù)信號進行通信，沒有將讀和寫操作區(qū)分開來分析的能力意味著示波器捕獲的波形將是混亂的，不能有效表征存儲器控制器和DDR芯片的性能特性。要隔離讀寫操作，就需要用有限的示波器通道隔離用于讀寫命令的控制信號，但這是非常艱巨的任務。是否有隔離讀寫操作的更有效方法呢？

　　如果上述挑戰(zhàn)對你來說還是可以應對的，別忘了你還需要花時間驗證JEDEC規(guī)范定義的每一項測試參數(shù)。由于測試列表可能很長，因此往往難以全面表征每一項測試。進行手動測量并不可取，而更不可取的是測試報告必須人工記錄和編制報告格式。有沒有可用于執(zhí)行測量的已開發(fā)工具呢？最重要的是物理層和協(xié)議層的查錯極為棘手。通常情況下要同時使用邏輯分析儀和示波器，但這將增加成本和學習時間。上述所有對傳統(tǒng)示波器的挑戰(zhàn)導致出現(xiàn)了對全新示波器的巨大需求，這種示波器應有不止4 個輸入通道，還具備適用于驗證和調試DDR接口的新能力。

　　圖1：混合信號示波器(MSO9000A)上的模擬通道和邏輯通道提供復雜的觸發(fā)、狀態(tài)機解碼和協(xié)議測量，以超出傳統(tǒng)示波器的能力完成復雜的DDR驗證和調試。

　　混合信號示波器的新能力

　　一種被稱為混合信號示波器的非傳統(tǒng)式示波器，除4個模擬輸入通道外，還有集成的邏輯通道，儀器內(nèi)部的這兩種通道是時間相關的(注意示波器通道和邏輯通道在硬件上是集成到一臺儀器上，而不是兩臺儀器湊在一起，或者一臺示波器外加一個邏輯分析儀小盒子)?？砂堰@種儀器想象成一種由傳統(tǒng)示波器和邏輯分析儀組成的混合型工具。由于有了更多的通道，你現(xiàn)在可以把控制信號接到混合信號示波器的邏輯通道，從而輕松地觸發(fā)各種命令，如激活、預充電、讀和寫，同時把模擬通道留出來作信號物理層測量?，F(xiàn)在，涉及在多個控制信號上進行復雜觸發(fā)的其它類型協(xié)議測量，比如寫延遲和自動預充電參數(shù)等等，都可以用混合信號示波器完成。

　　MOS還提供DDR接口上的狀態(tài)機解碼和操作解碼命令信息。此前你可能必須手動解碼DDR協(xié)議或命令，但MOS可以自動解碼這些命令。它很快告訴你當前控制信號狀態(tài)所對應的命令，從而使你能專注于驗證和調試。通過它，你還能很快告訴示波器隔離總線上的特定命令。例如你可以使用邏輯通道實現(xiàn)“寫命令”觸發(fā)，在選通信號和數(shù)據(jù)信號上進行參數(shù)測量。

　　邏輯通道也能讓你同時觀看其它信號，如地址信號和數(shù)據(jù)信號，這在傳統(tǒng)示波器上是不可能的。有了這種能力，你就能更有效地查看DDR接口上的其它信息。與模擬通道的結合使其成為一種功能強大的調試工具，因為你能用先進的交叉觸發(fā)能力很快找出物理層和協(xié)議層的問題。通過確定DDR接口上的故障類型，就能在設計階段很快解決各種問題。

　　用于驗證的其它特性

　　為幫助你節(jié)省驗證時間和減輕工作量，許多復雜步驟都可以通過內(nèi)置于MSO中的DDR自動“應用程序”自動完成。使用這些自動化測試軟件，對每一測試參數(shù)的測量可重復多次，你可以通過全面的統(tǒng)計結果以及對最壞結果的屏幕捕獲，對信號進行深入剖析。你所需要做的，只是把所需信號連接到MSO，選擇需要的測試項目，如時鐘抖動測試、信號眼圖等，然后執(zhí)行測試。該應用程序會自動生成完整的測試報告以進行存檔或分享。這樣做帶來很大好處，因為該應用程序免除了原本需要手工完成的工作，從而為你節(jié)省了大量時間和精力。

　　圖2：DDR測試軟

　　除了用MSO的邏輯通道隔離讀寫命令外，你還能用MSO的區(qū)域觸發(fā)能力在示波器屏幕上畫出一個區(qū)域，在無須耗用邏輯通道的情況下隔離出讀或寫操作對應的波形。利用區(qū)域觸發(fā)能力，你還能根據(jù)波形是否經(jīng)過某一特定區(qū)域來區(qū)分是讀還是寫操作。在圖3中，DDR信號以長余輝模式顯示讀信號和寫信號的不同。根據(jù)波形來區(qū)別行為特征，寫操作是由存儲器控制器來驅動，讀操作由DDR芯片來驅動，存儲器控制器和DDR芯片的電氣行為不可能相同，所以讀操作和寫操作對應的DQS數(shù)據(jù)選通波形通常會很不相同。你可以觀察DQS選通信號($波形)上的特征，結合區(qū)域觸發(fā)功能，輕松隔離讀和寫操作。這一特性的優(yōu)點是可把更多的邏輯通道留給信號測試，如地址信號等，而不是將其用于讀寫命令觸發(fā)。

　　圖3：使用混合信號示波器的區(qū)域觸發(fā)，寫信號從復雜的讀寫命令中成功分離出來。邏輯通道留用于觀看DDR總線上的地址等其它信息。

　　隨著DDR存儲器技術的進步，用模擬通道數(shù)有限的傳統(tǒng)示波器進行DDR驗證和調試已越來越富于挑戰(zhàn)性。借助MSO，你可以從容應對各種測量挑戰(zhàn)，該產(chǎn)品提供物理層測試以外的更多測量能力?，F(xiàn)在，你可以用MSO的邏輯通道進行復雜的觸發(fā)、狀態(tài)機解碼、協(xié)議測量以及各種復雜的調試。通過一并提供的自動化應用程序和區(qū)域觸發(fā)能力，你現(xiàn)在有了可省時省力的更為強大的測量能力。最終，這些會轉化為終端產(chǎn)品設計和生產(chǎn)中更佳的質量和更快速的上市時間。