用高帶寬混合信號(hào)示波器進(jìn)行DDR驗(yàn)證和調(diào)試的技巧

?? DDR存儲(chǔ)器，也稱雙倍數(shù)據(jù)率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，常用于高級(jí)嵌入式電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括計(jì)算機(jī)、交通運(yùn)輸、家庭娛樂(lè)系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備和消費(fèi)類電子產(chǎn)品。 DDR的廣泛采用也推動(dòng)著DDR存儲(chǔ)器自身的研發(fā)，在DDR 1和DDR 2逐漸得到普及并成熟運(yùn)用于某些行業(yè)的同時(shí)，新的DDR技術(shù)也開(kāi)始出現(xiàn)在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，如DDR3(第三代DDR技術(shù))和LPDDR(低功耗DDR技術(shù))器件，它們能提供更高的性能。你可能認(rèn)為DDR存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)明，但事實(shí)上，這些存儲(chǔ)器件中更高的數(shù)據(jù)率和更低的電壓常常會(huì)令你感到很難有設(shè)計(jì)裕量。此外，DDR接口是最為復(fù)雜的高速接口之一，因?yàn)槊總€(gè)存儲(chǔ)器件上都有很多引腳；DDRII/III DQS、DQ等信號(hào)線不是簡(jiǎn)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(dá)到USB2.0和PCI -Express等串行技術(shù)的數(shù)百兆位每秒水平。這樣一來(lái)，驗(yàn)證DDR接口成為一項(xiàng)繁雜的任務(wù)。雖然示波器廣泛用于DDR接口的高性能物理層驗(yàn)證，但 DDR存儲(chǔ)器技術(shù)的復(fù)雜性使常規(guī)示波器的驗(yàn)證和調(diào)試成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。它可能會(huì)限制你進(jìn)一步測(cè)量的能力，如讀寫(xiě)數(shù)據(jù)分離、命令觸發(fā)、狀態(tài)機(jī)解碼和協(xié)議調(diào)試。針對(duì)此，本文將重點(diǎn)介紹常規(guī)示波器驗(yàn)證過(guò)程中所遭遇的挑戰(zhàn)，以及MSO如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。
　驗(yàn)證挑戰(zhàn)

　　DDR存儲(chǔ)器接口的復(fù)雜，不僅體現(xiàn)在它是并行接口，每一根數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸率達(dá)幾百兆甚至超過(guò)1G比特每秒，而且還體現(xiàn)在DDR存儲(chǔ)器控制器和 DDR芯片間大量的信號(hào)互連。一個(gè)典型DDR器件有20個(gè)以上的信號(hào)，包括時(shí)鐘、6個(gè)控制信號(hào)、12個(gè)地址信號(hào)、1個(gè)選通信號(hào)和8個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng)啟動(dòng)一項(xiàng)操作時(shí)，存儲(chǔ)器控制器要通過(guò)輸出至DDR芯片的控制信號(hào)發(fā)布命令。傳統(tǒng)示波器只有4個(gè)模擬輸入通道，而您可能需要同時(shí)連接所有6個(gè)控制信號(hào)，來(lái)確定發(fā)送至 DDR接口的命令類型，更不用說(shuō)很多時(shí)候設(shè)計(jì)人員需要同時(shí)觀察時(shí)鐘、數(shù)據(jù)選通和數(shù)據(jù)信號(hào)。

　　即使設(shè)計(jì)人員能根據(jù)有限的控制信號(hào)推導(dǎo)出命令或狀態(tài)，但依據(jù)每一控制信號(hào)的高低狀態(tài)解碼當(dāng)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(shí)現(xiàn)，這也會(huì)是極為費(fèi)時(shí)和容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤的任務(wù)。解碼成百，甚至上千的長(zhǎng)波形跡線并保持跟蹤則會(huì)是一場(chǎng)噩夢(mèng)。由于示波器不能自動(dòng)提供實(shí)時(shí)信息，手動(dòng)查錯(cuò)工作將因費(fèi)時(shí)費(fèi)力而失去效率和效果。

　　由于受示波器通道數(shù)的限制，設(shè)計(jì)人員也許不能對(duì)所關(guān)注的信號(hào)作任何有意義的測(cè)量。例如當(dāng)把示波器通道接至一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)和三個(gè)控制信號(hào)后，就已經(jīng)用完了所有的示波器通道。因此不能查看存儲(chǔ)器控制器要訪問(wèn)的地址信號(hào)，或是正在DDR總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)。

　　對(duì)于存儲(chǔ)器控制器和DDR芯片的驗(yàn)證來(lái)說(shuō)，隔離讀寫(xiě)操作的能力至關(guān)重要。由于DDR總線上的讀和寫(xiě)操作使用相同的數(shù)據(jù)選通和數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行通信，沒(méi)有將讀和寫(xiě)操作區(qū)分開(kāi)來(lái)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(chǔ)器控制器和DDR芯片的性能特性。要隔離讀寫(xiě)操作，就需要用有限的示波器通道隔離用于讀寫(xiě)命令的控制信號(hào)，但這是非常艱巨的任務(wù)。是否有隔離讀寫(xiě)操作的更有效方法呢？

　　如果上述挑戰(zhàn)對(duì)你來(lái)說(shuō)還是可以應(yīng)對(duì)的，別忘了你還需要花時(shí)間驗(yàn)證JEDEC規(guī)范定義的每一項(xiàng)測(cè)試參數(shù)。由于測(cè)試列表可能很長(zhǎng)，因此往往難以全面表征每一項(xiàng)測(cè)試。進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量并不可取，而更不可取的是測(cè)試報(bào)告必須人工記錄和編制報(bào)告格式。有沒(méi)有可用于執(zhí)行測(cè)量的已開(kāi)發(fā)工具呢？最重要的是物理層和協(xié)議層的查錯(cuò)極為棘手。通常情況下要同時(shí)使用邏輯分析儀和示波器，但這將增加成本和學(xué)習(xí)時(shí)間。上述所有對(duì)傳統(tǒng)示波器的挑戰(zhàn)導(dǎo)致出現(xiàn)了對(duì)全新示波器的巨大需求，這種示波器應(yīng)有不止4 個(gè)輸入通道，還具備適用于驗(yàn)證和調(diào)試DDR接口的新能力。

　　圖1：混合信號(hào)示波器(MSO9000A)上的模擬通道和邏輯通道提供復(fù)雜的觸發(fā)、狀態(tài)機(jī)解碼和協(xié)議測(cè)量，以超出傳統(tǒng)示波器的能力完成復(fù)雜的DDR驗(yàn)證和調(diào)試。

　　混合信號(hào)示波器的新能力

　　一種被稱為混合信號(hào)示波器的非傳統(tǒng)式示波器，除4個(gè)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(shí)間相關(guān)的(注意示波器通道和邏輯通道在硬件上是集成到一臺(tái)儀器上，而不是兩臺(tái)儀器湊在一起，或者一臺(tái)示波器外加一個(gè)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(hào)接到混合信號(hào)示波器的邏輯通道，從而輕松地觸發(fā)各種命令，如激活、預(yù)充電、讀和寫(xiě)，同時(shí)把模擬通道留出來(lái)作信號(hào)物理層測(cè)量?，F(xiàn)在，涉及在多個(gè)控制信號(hào)上進(jìn)行復(fù)雜觸發(fā)的其它類型協(xié)議測(cè)量，比如寫(xiě)延遲和自動(dòng)預(yù)充電參數(shù)等等，都可以用混合信號(hào)示波器完成。

　　MOS還提供DDR接口上的狀態(tài)機(jī)解碼和操作解碼命令信息。此前你可能必須手動(dòng)解碼DDR協(xié)議或命令，但MOS可以自動(dòng)解碼這些命令。它很快告訴你當(dāng)前控制信號(hào)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的命令，從而使你能專注于驗(yàn)證和調(diào)試。通過(guò)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(shí)現(xiàn)“寫(xiě)命令”觸發(fā)，在選通信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)上進(jìn)行參數(shù)測(cè)量。

　　邏輯通道也能讓你同時(shí)觀看其它信號(hào)，如地址信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，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(jié)合使其成為一種功能強(qiáng)大的調(diào)試工具，因?yàn)槟隳苡孟冗M(jìn)的交叉觸發(fā)能力很快找出物理層和協(xié)議層的問(wèn)題。通過(guò)確定DDR接口上的故障類型，就能在設(shè)計(jì)階段很快解決各種問(wèn)題。

　　用于驗(yàn)證的其它特性

　　為幫助你節(jié)省驗(yàn)證時(shí)間和減輕工作量，許多復(fù)雜步驟都可以通過(guò)內(nèi)置于MSO中的DDR自動(dòng)“應(yīng)用程序”自動(dòng)完成。使用這些自動(dòng)化測(cè)試軟件，對(duì)每一測(cè)試參數(shù)的測(cè)量可重復(fù)多次，你可以通過(guò)全面的統(tǒng)計(jì)結(jié)果以及對(duì)最壞結(jié)果的屏幕捕獲，對(duì)信號(hào)進(jìn)行深入剖析。你所需要做的，只是把所需信號(hào)連接到MSO，選擇需要的測(cè)試項(xiàng)目，如時(shí)鐘抖動(dòng)測(cè)試、信號(hào)眼圖等，然后執(zhí)行測(cè)試。該應(yīng)用程序會(huì)自動(dòng)生成完整的測(cè)試報(bào)告以進(jìn)行存檔或分享。這樣做帶來(lái)很大好處，因?yàn)樵搼?yīng)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(shí)間和精力。

　　圖2：DDR測(cè)試軟

　　除了用MSO的邏輯通道隔離讀寫(xiě)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(huà)出一個(gè)區(qū)域，在無(wú)須耗用邏輯通道的情況下隔離出讀或?qū)懖僮鲗?duì)應(yīng)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(guò)某一特定區(qū)域來(lái)區(qū)分是讀還是寫(xiě)操作。在圖3中，DDR信號(hào)以長(zhǎng)余輝模式顯示讀信號(hào)和寫(xiě)信號(hào)的不同。根據(jù)波形來(lái)區(qū)別行為特征，寫(xiě)操作是由存儲(chǔ)器控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)，讀操作由DDR芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)，存儲(chǔ)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(xiě)操作對(duì)應(yīng)的DQS數(shù)據(jù)選通波形通常會(huì)很不相同。你可以觀察DQS選通信號(hào)($波形)上的特征，結(jié)合區(qū)域觸發(fā)功能，輕松隔離讀和寫(xiě)操作。這一特性的優(yōu)點(diǎn)是可把更多的邏輯通道留給信號(hào)測(cè)試，如地址信號(hào)等，而不是將其用于讀寫(xiě)命令觸發(fā)。

　　圖3：使用混合信號(hào)示波器的區(qū)域觸發(fā)，寫(xiě)信號(hào)從復(fù)雜的讀寫(xiě)命令中成功分離出來(lái)。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(chǔ)器技術(shù)的進(jìn)步，用模擬通道數(shù)有限的傳統(tǒng)示波器進(jìn)行DDR驗(yàn)證和調(diào)試已越來(lái)越富于挑戰(zhàn)性。借助MSO，你可以從容應(yīng)對(duì)各種測(cè)量挑戰(zhàn)，該產(chǎn)品提供物理層測(cè)試以外的更多測(cè)量能力?，F(xiàn)在，你可以用MSO的邏輯通道進(jìn)行復(fù)雜的觸發(fā)、狀態(tài)機(jī)解碼、協(xié)議測(cè)量以及各種復(fù)雜的調(diào)試。通過(guò)一并提供的自動(dòng)化應(yīng)用程序和區(qū)域觸發(fā)能力，你現(xiàn)在有了可省時(shí)省力的更為強(qiáng)大的測(cè)量能力。最終，這些會(huì)轉(zhuǎn)化為終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中更佳的質(zhì)量和更快速的上市時(shí)間。