减少DDR记忆体验负载的探测技术

DDR内存已成为系统DRAM的主要技术，而DDR系统的验证则是新的数字系统设计最具挑战性且费时的工作之一。逻辑分析仪是协助工程师验证这些系统的重要工具，但在成本与空间的限制下，逻辑分析仪探测技术变成了一个值得深思的问题。

理想上，DDR的可测试性应成为最终设计的一部份，以利于在测试台进行系统的验证，因为在整个产品生命周期中的工程设计与委外代工都会增加成本。然而碍于逻辑分析仪探测点的电气负载与空间需求，这种作法直到今天仍不可行。新的免接头式逻辑分析仪探测技术使DDR可测试性得以结合到产品的最初与最终阶段，对成本、电路板空间或信号完整性的影响十分有限。

免接头式探测技术

最近，一些逻辑分析仪厂商推出了一种新的"免接头式"(Connector-Less)测试探棒，它们采用压缩互连(compression interconnect)技术，省去了在目标上使用接头的不便。取代接头的是置于代测电路板上的小着陆焊垫(landing pads)，测试探棒的电气互连会被压缩到这些焊垫上，以构成电气接点。拿掉占面积的接头，意谓着结合逻辑分析仪可测试性只需要用到最小的空间。此外，不使用接头也能减少测试探棒的总负载。较低的测试探棒电气负载(< 0.7 pF)，表示当连接测试探棒时，信号不会受到电气的干扰。而且，由于代测电路板上面并未留有接头，所以在未连接测试探棒时，只剩下着陆焊垫，而这些焊垫的负载非常的小(~80fF)。现在，将逻辑分析仪的测试点放入最终的生产设计中已是实际可行的作法。

DDR系统

DDR内存最常见的一种实作方式，就是使用插座式的DIMM或SO-DIMM。工程师将多个184接脚的DIMM并排放置，并且共享内存总线来提高储存容量。这种实作方式具备了弹性扩充的好处，因而广泛应用于计算机系统中。此种实作方式看似简单，实际上系统工程师必须解决许多问题与限制。

第一个问题是空间。电路板的空间是有限的，因此内存系统的实作应尽可能占用较小的空间。

第二个重要的限制是成本。成本的主要影响在于必须减少代测电路板上的层数。许多DDR系统都是在4层PCB板上实作，而它们只有2个信号层。虽然DDR插座是针对这类路由来做脚位安排，但要容纳DDR系统也需要的各种电路其实是一大挑战。

信号完整性是工程师必须面对的另一个问题。少量的信号与高资料速率，使DDR系统的实作变得非常困难。再加上只有2个路由层及系统必须尽可能缩小的额外限制，造成设计超出边限的情况将会持续出现。

最后但很重要的一个问题就是可测试性。工程师在面对以上所有的限制之后，系统中通常已经没有太大的空间可以结合可测试性了，然而可测试性却是产品验证与快速上市的关键。更糟的是，在产品生命周期中经常会变更设计或进行昂贵的工程。当产品在生产过程中有所变更时，必须有一个快速而可靠的方法来验证这些变更是否改变了设计的原始功能。基于电气负载与空间/路由的需求，直到今天仍无法在生产设计中加入可测试性。现在，免接头式逻辑分析仪探测技术让一切都改观了。

使用免接头式探测技术来执行DDR验证

免接头式逻辑分析仪测试探棒非常适合用于DDR系统的除错，主要的理由包括占位面积小、连接时的负载低、不连接时的负载几乎微不足道、以及flow-through routing(布线穿透)能力。为说明这类探测技术的能力与多元性，当配备如安捷伦科技的Soft Touch等免接头式测试探棒时，可以考虑以下的内存系统。

下图是一个使用4插座、184接脚DIMM的DDR系统之布局范例。这个系统利用位于终端之间的免接头式测试探棒(mid-bus探测)来作2个阻抗匹配。这个图显示了所有2x信号(资料和stbs)的上方路由，而1x信号(地址和控制)则是在电路板底部以类似的方式传送。每根Soft Touch测试探棒所占的面积包含了34个频道的可测试性。要测试DDR系统中的2x资料，需要3个占位面积。PCB底部包含2个Soft Touch占位面积，可测试所有的1x DDR信号。为了解免接头式测试探棒的能力，必须探讨对系统所造成的额外影响。

图1. DDR系统的Soft Touch探测技术之布局范例(只显示上方的2x数据)

空间的影响

增加免接头式测试探棒的占位面积，会使内存系统所需的空间在X轴多出0.39英吋。换句话说，负载终端电阻的位置必须离最后一个DIMM插座0.39英吋。如果量测内存系统从最左边驱动器IC所产生的电路板trace到负载终端电阻最右边的相对大小，可以发现使用免接头测试探棒所增加的空间小于10%。

免 接头式测试探棒另一个值得赞赏的优点，就是flow-through routing能力。逻辑分析仪测试探棒的占位面积与脚位安排，使信号能够横跨各个测试点而不必改变层。也就是说在DDR系统中，不需要使用额外的层来结合逻辑分析仪可测试性。这对于在4层电路板上实作的系统非常重要。

电气的影响在上面的范例中，额外的可测试性降低了系统的信号完整性。在权衡可测试性与缩小边限两者的重要性时，这个问题转变成"边限缩小的程度有多大?"，对这类微导片电路板trace而言，其相当于~3pF/inch的电容。为检视逻辑分析仪测试探棒所导致的额外负载，请考虑连接测试探棒与未连接测试探棒两种情况。W典型的4层DDR系统在 PCB的外层使用0.005英吋的电路板trace宽度。这些层均设计成50

CASE 1:当连接测试探棒时

可测试性所造成的额外电路板trace = 0.390"

电路板trace的寄生电容 = (0.390") * (3pF/inch) = 1.17pF

额外的测试探棒电容 = 0.7pF (附注：含焊垫)

可测试性所造成的额外总电容 = 1.17pF + 0.7pF = 1.87pF

CASE 2:当未连接测试探棒时

可测试性所造成的额外电路板trace = 0.390"

电路板trace的寄生电容 = (0.390") * (3pF/inch) = 1.17pF

额外的测试探棒焊垫电容 = 80 fF

可测试性所造成的额外总电容 = 1.17pF + 0.08pF = 1.25pF

为了解这个电容是否重要，必须执行第一级的系统分析。

驱动器所感测到的DDR系统电容

原始系统的电路板trace总长度 = 2.767" (附注：使用最长的2x电路板trace)

电路板trace的寄生电容 = (2.767") * (3pF/inch) = 8.3pF

DIMM的集总电容 = 5pF (附注：DDR333、DQ、DQS、DM)

总线上的DIMM数量 = 4

DIMM所造成的电容 = (4) * (5pF) = 20pF

DDR系统的总电容 = 8.3pF + 20pF = 28.3pF

第一级分析显示当连接测试探棒时，只会在驱动器所感测到的电容中增加6%，更重要的是，当未连接测试探棒时，PCB上的测试点和电路板trace只会增加 4%。这表示在最终的生产设计中加入免接头式测试探棒的占位面积，对系统的信号完整性并不会造成太大的影响。在产品中结合可测试性的优点极具价值，缩小 4%的边限绝对值得。

成本的影响

因为测试点不需使用接头，所以不会增加产品最终零件的成本，亦即这个内建的DDR可测试性对于所有密集的应用来说是免费的。

结语

当设计周期时间快速的产品时，总要面对在可测试性与时程和边限之间取舍的难题。要拥有可靠的可测试性，除了PCB的空间与系统边限外，还需要事前的考虑与规划，所幸可靠的可测试性终究能够缩短产品的上市时程。DDR系统是进行这些工程取舍的最佳范例。要证明在设计中结合固定的逻辑分析测试点是合理的，其实非常困难，这当中涉及了电路板空间、路由层与接头成本等因素。随着免接头式逻辑分析仪测试探棒的问世，这项证明工作变得容易多了。现在，DDR系统已经可在最终设计中进行完整的测试，其对系统的大小、信号完整性与成本并没有太大的影响。