詳解DDR布線最簡(jiǎn)規(guī)則與過(guò)程

多年前，無(wú)線時(shí)代（Beamsky）發(fā)布了一篇文章關(guān)于DDR布線指導(dǎo)的一篇文章，當(dāng)時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上很受歡迎，有很多同行參與了轉(zhuǎn)載。如今看來(lái)，那篇文章寫得不夠好，邏輯性不強(qiáng)，可操作性也不強(qiáng)。

在近幾年的硬件產(chǎn)品開發(fā)中，本人總結(jié)出了一套DDR布線方法，具有高度的可行性，于是本人再次編寫一份這樣的文章，除了講述DDR布線規(guī)則，還想講述一下布線過(guò)程，采用本人的布線過(guò)程可以少走很多彎路。本文即將講到的所有方法，無(wú)線時(shí)代（Beamsky）都經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)。

DDR布線通常是一款硬件產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，也正是因?yàn)槠渲匾裕W(wǎng)絡(luò)上也有大把的人在探討DDR布線規(guī)則，有很多同行故弄玄虛，把DDR布線說(shuō)得很難，我在這里要反其道而行之，講一講DDR布線最簡(jiǎn)規(guī)則與過(guò)程。

如果不是特別說(shuō)明，每個(gè)步驟中的方法同時(shí)適用于DDR1，DDR2和DDR3。PCB設(shè)計(jì)軟件以Cadence Allgro 16.3為例。

第一步，確定拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)（僅在多片DDR芯片時(shí)有用）

首先要確定DDR的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，一句話，DDR1/2采用星形結(jié)構(gòu)，DDR3采用菊花鏈結(jié)構(gòu)。

拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)只影響地址線的走線方式，不影響數(shù)據(jù)線。以下是示意圖。

星形拓補(bǔ)就是地址線走到兩片DDR中間再向兩片DDR分別走線，菊花鏈就是用地址線把兩片DDR“串起來(lái)”，就像羊肉串，每個(gè)DDR都是羊肉串上的一塊肉，哈哈，開個(gè)玩笑。

第二步，元器件擺放

確定了DDR的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，就可以進(jìn)行元器件的擺放，有以下幾個(gè)原則需要遵守：

原則一，考慮拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，仔細(xì)查看CPU地址線的位置，使得地址線有利于相應(yīng)的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)

原則二，地址線上的匹配電阻靠近CPU

原則三，數(shù)據(jù)線上的匹配電阻靠近DDR

原則四，將DDR芯片擺放并旋轉(zhuǎn)，使得DDR數(shù)據(jù)線盡量短，也就是，DDR芯片的數(shù)據(jù)引腳靠近CPU

原則五，如果有VTT端接電阻，將其擺放在地址線可以走到的最遠(yuǎn)的位置。一般來(lái)說(shuō)，DDR2不需要VTT端接電阻，只有少數(shù)CPU需要；DDR3都需要VTT端接電阻。

原則六，DDR芯片的去耦電容放在靠近DDR芯片相應(yīng)的引腳。

以下是DDR2的元器件擺放示意圖（未包括去耦電容），可以很容易看出，地址線可以走到兩顆芯片中間然后向兩邊分，很容易實(shí)現(xiàn)星形拓補(bǔ)，同時(shí)，數(shù)據(jù)線會(huì)很短。

以下是帶有VTT端接電阻的DDR2元器件擺放示意圖，在這個(gè)例子中，沒(méi)有串聯(lián)匹配電阻，VTT端接電阻擺放在了地址線可以到達(dá)的最遠(yuǎn)距離。

以下是DDR3元器件擺放示意圖，請(qǐng)注意，這里使用的CPU支持雙通道DDR3，所以看到有四片（參考設(shè)計(jì)是8片）DDR3，其實(shí)是每?jī)蓚€(gè)組成一個(gè)通道，地址線沿著圖中綠色的走線傳遞，實(shí)現(xiàn)了菊花鏈拓補(bǔ)。

地址線上的VTT端接電阻擺放在了地址線可以到達(dá)的最遠(yuǎn)的地方。同樣地，數(shù)據(jù)線上的端接電阻也放置在了靠近DDR3芯片的位置，數(shù)據(jù)線到達(dá)CPU的距離很短。同時(shí)，可以看到，去耦電容放置在了很靠近DDR3相應(yīng)電源引腳的地方。

第三步，設(shè)置串聯(lián)匹配電阻的仿真模型

擺放完元器件，建議設(shè)置串聯(lián)匹配電阻的仿真模型，這樣對(duì)于后續(xù)的布線規(guī)則的設(shè)置是有好處的。

點(diǎn)擊Analyze?SI/EMI Sim?Model Assignment，如下圖。

然后會(huì)出來(lái)Model Assignment的界面，如下圖：

然后點(diǎn)擊需要設(shè)置模型的器件，通常就是串聯(lián)匹配電阻，分配或創(chuàng)建合適的仿真的模型，如果不知道如何創(chuàng)建，請(qǐng)?jiān)诨ヂ?lián)網(wǎng)上搜索或發(fā)郵件給無(wú)線時(shí)代（Beamsky）。

分配好仿真模型之后的網(wǎng)絡(luò)，使用Show Element命令，可以看到相關(guān)的XNET屬性，如下圖：

第四步，設(shè)置線寬與線距

1. DDR走線線寬與阻抗控制密切相關(guān)，經(jīng)?？梢钥吹胶芏嗤凶鲎杩箍刂?。對(duì)于純數(shù)字電路，完全有條件針對(duì)高速線做單端阻抗控制；但對(duì)于混合電路，包含高速數(shù)字電路與射頻電路，射頻電路比數(shù)字電路要重要的多，必須對(duì)射頻信號(hào)做50歐姆阻抗控制，同時(shí)射頻走線不可能太細(xì)，否則會(huì)引起較大的損耗，所以在混合電路中，本人往往舍棄數(shù)字電路的阻抗控制。到目前為止，本人設(shè)計(jì)的混合電路產(chǎn)品中，最高規(guī)格的DDR是DDR2-800，未作阻抗控制，工作一切正常。

2. DDR的供電走線，建議8mil以上，在Allegro可以針對(duì)一類線進(jìn)行物理參數(shù)的同意設(shè)定，我本人喜歡建立PWR-10MIL的約束條件，并為所有電源網(wǎng)絡(luò)分配這一約束條件，如下圖。

3. 線距部分主要考慮兩方面，一是線-線間距，建議采用2W原則，即線間距是2倍線寬，3W很難滿足；二是線-Shape間距，同樣建議采用2W原則。對(duì)于線間距，也可以在Allegro中建立一種約束條件，為所有DDR走線（XNET）分配這樣的約束條件，如下圖：

4. 還有一種可能需要的規(guī)則，就是區(qū)域規(guī)則。Allegro中默認(rèn)的線寬線距都是5mil，在CPU引腳比較密集的時(shí)候，這樣的規(guī)則是無(wú)法滿足的，這就需要在CPU或DDR芯片周圍設(shè)定允許小間距，小線寬的區(qū)域規(guī)則，如下圖：

第五步，走線

走線就需要注意的內(nèi)容比較多，這里只做少許說(shuō)明。

所有走線盡量短

走線不能有銳角

盡量少打過(guò)孔

保證所有走線有完整的參考面，地平面或這電源平面都可以，對(duì)于交變信號(hào)，地與電源平面是等電位的

盡量避免過(guò)孔將參考面打破，不過(guò)這在實(shí)際中很難做到

走完地址線和數(shù)據(jù)后，務(wù)必將DDR芯片的電源腳，接地腳，去耦電容的電源腳，接地腳全部走完，否則在后面繞等長(zhǎng)時(shí)會(huì)很麻煩的

下圖是完成的DDR走線，但尚未繞等長(zhǎng)：

第六步，設(shè)置等長(zhǎng)規(guī)則

對(duì)于數(shù)據(jù)線，DDR1/2與DDR3的規(guī)則是一致的：每個(gè)BYTE與各自的DQS，DQM等長(zhǎng)，即DQ0:7與DQS0，DQM。等長(zhǎng)，DQ8:15與DQS1，DQM1等長(zhǎng)，以此類推。

DDR2數(shù)據(jù)線等長(zhǎng)規(guī)則舉例

DDR3數(shù)據(jù)線等長(zhǎng)規(guī)則舉例

地址線方面的等長(zhǎng)，要特別注意，DDR1/2與DDR是很不一樣的。

對(duì)于DDR1/2，需要設(shè)定每條地址到達(dá)同一片DDR的距離保持等長(zhǎng)，如下圖：

對(duì)于DDR3，地址線的等長(zhǎng)往往需要過(guò)孔來(lái)配合，具體的規(guī)則均綁定在過(guò)孔上和VTT端接電阻上，如下圖?？梢钥吹?，CPU的地址線到達(dá)過(guò)孔的距離等長(zhǎng)，過(guò)孔到達(dá)VTT端接電阻的距離也等長(zhǎng)。

補(bǔ)充一點(diǎn)，很多時(shí)候，地址線的等長(zhǎng)要求不嚴(yán)格，這一點(diǎn)我還沒(méi)有嘗試過(guò)。在本人設(shè)計(jì)的這些產(chǎn)品中，地址線，數(shù)據(jù)線都做了25mil的Relative Propagation Delay的等長(zhǎng)規(guī)則設(shè)定。關(guān)于等長(zhǎng)規(guī)則設(shè)定的細(xì)節(jié)在這里不再贅述，有興趣的話，可以發(fā)郵件給無(wú)線時(shí)代（Beamsky）。

第七步，繞等長(zhǎng)

完成等長(zhǎng)規(guī)則的設(shè)定后，最后一步也是工作量最大的一步：繞等長(zhǎng)。

在這一步，我認(rèn)為只有一點(diǎn)規(guī)則需要注意：盡量采用3倍線寬，45度角繞等長(zhǎng)，如下圖：

繞等長(zhǎng)完成后，最好把DDR相關(guān)網(wǎng)絡(luò)鎖定，以免誤動(dòng)。

到這里，DDR走線就已經(jīng)完成了，在本人設(shè)計(jì)過(guò)的三，四十種產(chǎn)品中，都是按照上面的規(guī)則與過(guò)程完成的，DDR2最高規(guī)格是DDR2-800，512MB，DDR3最高規(guī)格是DDR3-1600，1GB，都可以很穩(wěn)定的工作，無(wú)論性能還是可靠性，都未曾出過(guò)問(wèn)題。