- 擴(kuò)展探頭帶寬以提高信號(hào)保真度
- 利用DDR BGA探頭校正程序
- 通過PrecisionProbe軟件使用安捷倫示波器進(jìn)行交流校準(zhǔn)
由于存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜和緊湊,數(shù)據(jù)速率越來越高,使用BGA探頭探測DDR DRAM越來越受歡迎并已成為一種需求。DDR3和DDR4數(shù)據(jù)速率從800MT/s增加到約3200MT/s。存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員正極為關(guān)注當(dāng)前BGA探測設(shè)計(jì)能否滿足高帶寬要求,以實(shí)現(xiàn)最佳的信號(hào)保真度。信號(hào)保真度對于根據(jù)JEDEC規(guī)范進(jìn)行精確DDR一致性測量非常重要。此外,存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)人員還需進(jìn)行信號(hào)完整性測量以完成裕量測試。而且,消除DDR BGA探頭探測效應(yīng)后的裕量可用于設(shè)計(jì)中容限更低的元器件。本文將介紹一種新的、可擴(kuò)展DDR BGA探頭帶寬的探頭校正方法,以增加信號(hào)完整性測試的裕量,并最大程度降低DDR BGA探頭引起的誤差。
存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)已呈現(xiàn)出封裝變小、容量增大及功耗降低的趨勢。設(shè)計(jì)越來越緊湊,而數(shù)據(jù)傳輸速率則由DDR3提高到DDR4。這需要尺寸更小的嵌入式電路板設(shè)計(jì),意味著將在更小的電路板空間上放置觸點(diǎn)或連接器以探測關(guān)鍵的DDR信號(hào)(時(shí)鐘、選通和數(shù)據(jù)),進(jìn)而完成驗(yàn)證和測試。對于設(shè)計(jì)人員來說,探測已經(jīng)成為一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在不合適的位置進(jìn)行探測會(huì)導(dǎo)致反射和測量結(jié)果失真。在系統(tǒng)中誤放置探頭會(huì)增加系統(tǒng)負(fù)荷及影響信號(hào)保真度,并將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換速率、上升時(shí)間、建立和保持時(shí)間等測量誤差。為幫助克服這一探測挑戰(zhàn),工程師目前采用DDR BGA探測。DDR BGA探頭所設(shè)計(jì)的獨(dú)占空間(KOV)很小,在尺寸上與DRAM十分接近,并可支持示波器訪問存儲(chǔ)器件DRAM中的信號(hào),以進(jìn)行信號(hào)完整性測量(圖1)。這一使用模式要求將BGA探頭焊接到系統(tǒng)上,以及將DRAM焊接到BGA探頭上。焊接需要通過BGA返修臺(tái)完成。BGA探頭兩端的示波器焊盤提供示波器與焊入式探頭的連接。
DDR BGA探頭支持接近2GHz的標(biāo)稱帶寬。BGA探頭需要接近8GHz的帶寬,以支持DDR3和DDR4達(dá)1600MT/s以上的數(shù)據(jù)速率。使用探頭校正方法稍加補(bǔ)償之后,BGA探頭便能糾正由探頭損耗特性引起的幅度和帶寬損耗。BGA探頭導(dǎo)致的損耗在高數(shù)據(jù)速率(1600MT/s以上)探測時(shí)更為明顯。以前的探頭校正方法允許用戶通過波形變換軟件在示波器中應(yīng)用傳遞函數(shù),以便對BGA探頭進(jìn)行補(bǔ)償。可以利用BGA探頭和焊入式探頭的S參數(shù)文件構(gòu)建傳遞函數(shù)文件,BGA探頭的S參數(shù)文件可以通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)、時(shí)域反射計(jì)(TDR)或仿真軟件直接測量獲得。該方法十分高效,但要求用戶熟悉測量設(shè)備或仿真工具及轉(zhuǎn)換軟件。
使用示波器的最新探頭校正方法支持用戶對DDR BGA探頭進(jìn)行從探針到示波器的精確交流校準(zhǔn),且無需VNA或TDR等其他儀器。示波器通過輸出一個(gè)快速邊沿來進(jìn)行交流校準(zhǔn)。Agilent 90000X系列示波器可輸出15ps邊沿來完整表征VSource、VIn和VOut(其中包括探頭負(fù)載特性),并且可將測量所得信息合成到一個(gè)用于DDR BGA探測設(shè)置的定制校正濾波器。這種方法允許用戶對BGA探頭上的每個(gè)信號(hào)進(jìn)行探測校正,并消除因制造變化而產(chǎn)生的探頭特性。
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DDR BGA探頭校正程序
要想確定應(yīng)用于單個(gè)探頭的校正,需要對探頭進(jìn)行定性分析。進(jìn)行DDR BGA探頭校正需要設(shè)置直通夾具,然后使用示波器進(jìn)行交流校準(zhǔn)。使用直通夾具設(shè)置BGA探頭的步驟為(圖2):將焊珠應(yīng)用于BGA探頭外行的所有接地(VSS)信號(hào);將焊珠應(yīng)用于BGA探頭上一個(gè)需要探頭校正的信號(hào);通過在大塊陶瓷上輕輕摩擦BGA探頭,將焊珠弄平;切下兩塊z軸連接材料(彈性觸點(diǎn))并將其用膠帶粘到直通夾具的兩端,以便在焊珠和直通夾具之間提供接觸;借助顯微鏡,將BGA探頭平整置于直通夾具的頂部。這樣,只有感興趣的信號(hào)接觸傳輸線,且所有接地珠通過彈性觸點(diǎn)連接到直通夾具的接地端;連接直通夾具與示波器的通道輸入端,并通過SMA電纜將CAL從示波器饋送到直通夾具;將探頭焊接到BGA探頭上的示波器焊盤,并連接到一個(gè)通道輸入端。Vin被定義為BGA探測點(diǎn)上BGA探頭加載的信號(hào);VOut是BGA探頭輸出的信號(hào);Vout/Vin校正,探頭輸出端信號(hào)是當(dāng)前信號(hào)的精確表現(xiàn),與探測時(shí)完全一致。
可以通過PrecisionProbe軟件使用安捷倫示波器進(jìn)行交流校準(zhǔn)。PrecisionProbe軟件通過Infiniinium系列示波器表征和補(bǔ)償定制探頭。PrecisionProbe表征BGA探頭的頻率響應(yīng)(VOut/VIn或VOut/VSrc),然后生成加載到示波器硬件的定制濾波器,從而確保BGA探頭具有平坦的頻率響應(yīng)。DDR BGA探頭損耗將得到補(bǔ)償,并且示波器能夠?qū)崿F(xiàn)更高的帶寬。除了頻率響應(yīng)(幅度和相位)測量,PrecisionProbe還提供了交流校準(zhǔn)過程中生成的阻抗圖,而且?guī)捒刂浦С钟脩羰褂脼V波器移除不期望的高頻噪聲。該探頭校正方法可支持用戶仿真理想探頭,而無需耗費(fèi)大量的工程時(shí)間和資金來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
DDR技術(shù)低成本和低功耗的優(yōu)點(diǎn)使其在移動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域廣受青睞。由于移動(dòng)行業(yè)呈現(xiàn)出小尺寸、存儲(chǔ)器高數(shù)據(jù)傳輸速率的設(shè)計(jì)和技術(shù)發(fā)展特點(diǎn),因此,如果沒有可以直接訪問DRAM焊珠上DDR信號(hào)的器件,存儲(chǔ)器驗(yàn)證將很難完成。DDR BGA探頭可幫助存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)人員訪問DDR信號(hào),使用示波器來進(jìn)行信號(hào)完整性測量,以確保產(chǎn)品符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。雖然多數(shù)探測都以滿足被測信號(hào)帶寬要求為目的,但是尺寸及設(shè)計(jì)與制造成本等其他因素也需進(jìn)行衡量。借助探頭校正工具(例如安捷倫PrecisionProbe),存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)人員通過使用現(xiàn)有DDR BGA探頭設(shè)計(jì)便可輕 松過度到新的DDR技術(shù)。使用DDR BGA探頭測量高速存儲(chǔ)器(1600MT/s以上的DDR3和DDR4存儲(chǔ)器技術(shù))需要使用PrecisionProbe軟件,以便擴(kuò)展帶寬并增加信號(hào)完整性測試的裕量。生成傳遞函數(shù)模型時(shí),需要關(guān)注源端和接收端阻抗、傳輸線長度、損耗和特性阻抗等極易影響性能的其他系統(tǒng)參數(shù)。使用這些器件評(píng)估波形(尤其是高比特率系統(tǒng)),需要結(jié)合使用去嵌入軟件(如安捷倫PrecisionProbe)和InfiniiSim(波形變換工具套件)。