Правильное проектирование DDRx с первого раза в Altair PollEx

Оперативная память (RAM) является часто используемым компонентом современного электронного устройства. Именно здесь хранятся в электронном виде приложения, которые доступны для немедленного использования. Совершенствование методов хранения цифровых данных неразрывно связано с постоянно растущим темпом инноваций в области электроники. С помощью усовершенствованных методов интерфейса памяти, разработчики печатных плат совершили гигантский скачок в повышении производительности и скорости обработки данных в ежедневно используемых устройствах.

Что такое DDRx?

Синхронная динамическая оперативная память (SDRAM) с удвоенной скоростью передачи данных (DDR) — это распространенный тип памяти, используемый в качестве ОЗУ для большинства современных процессоров. Впервые представленное в 1990-х годах, высокопроизводительное и недорогое решение памяти было ориентировано на персональные компьютеры и другую бытовую электронику, но также получило широкое распространение в графических, сетевых, серверных и других электронных устройствах. Это было движущей силой перехода в электронике от переключений, синхронизированных с источником, при котором и тактовая частота и данные возникают в источнике, к более динамичному методу, при котором данные синхронизируются как в источнике, так и в месте назначения. Это позволило тактовой частоте перемещаться вместе с данными и, в конечном итоге, быть скрытой внутри данных, чтобы обеспечить большую точность данных и более низкую тактовую частоту, тем самым снижая требования к целостности сигнала печатной платы. DDRx — это новейшая версия памяти DDR, предлагающая 16-кратную или более пропускную способность по сравнению с DDR первого поколения.

В настоящее время все больше и больше «умных» устройств требуют высокоскоростных интерфейсов памяти DDRx для обеспечения желаемой производительности, при сохранении конкурентоспособных цен. Разработка электрических схем памяти всегда требовала внимания, но проектирование топологии печатных плат для памяти DDR является еще более требовательной задачей. Традиционных подходов, основанных на задании правил проектирования топологии, часто бывает недостаточно, особенно для новейших стандартов интерфейса памяти DDRx. Отказавшись от методов проб и ошибок, разработчики электроники обращаются к виртуальным инструментам проектирования, моделирования и проверки, чтобы обеспечить надежность устройства и правильную работоспособность интерфейсов памяти своих устройств.  

Altair PollEx, используемый Samsung SDI и другими ведущими производителями, позволяет оптимизировать: задержки в DDRx, линии передачи, топологию платы и терминацию с применением согласующих компонентов, обеспечивая целостность сигнала и облегчая проектирование с первого раза.

Правильное проектирование DDRx с первого раза с использованием Altair PollEx.

Интерфейсы DDR широко распространены и применяются в таких отраслях электроники, как потребительские товары, автомобилестроение, телекоммуникации, медицина, промышленная автоматизация и т. д., при этом каждая печатаная плата с памятью DDR, также совершенно уникальна и требует индивидуального подхода. Есть несколько проблем проектирования, связанных с интерфейсами DDR текущего поколения, которые делают программное обеспечение для проектирования на основе моделирования все более и более неотъемлемой частью процесса разработки.

Одной из проблем является уменьшение диапазона напряжения питания интерфейса памяти с течением времени.  В 2000 году можно было ожидать доступное напряжение питания в диапазоне 2,5–2,6 вольта, но в 2020-х у разработчиков часто было только 1,1 вольта для работы. Ограничения по напряжению дают разработчикам гораздо более узкий допуск на ошибку, требуя точности при проектировании, производстве и сборке печатной платы.

Выбор программного решения Altair PollEx для проверки электрических нарушений (DFE) топологии печатной платы:

Altair PollEx DFE включает более 500 проверок нарушений электрических характеристик топологии печатной платы.

Проверка однообразия шин в Altair PollEx
Проверка однообразия в Altair PollEx
Проверка симметрии трассировки в Altair PollEx
Проверка симметрии трассировки в Altair PollEx
Проверка нарушения зазора междупроводниками в дифференциальной паре в Altair PollEx
Проверка нарушения зазора междупроводниками в дифференциальной паре в Altair PollEx
Проверка разрывов в пути возвратного тока при помощи Altair PollEx
Проверка разрывов в пути возвратного тока при помощи Altair PollEx
Проверка симметри экранирования в Altair PollEx DFE
Проверка симметри экранирования в Altair PollEx DFE

Проверка сшивания переходными отверстиями в Altair PollEx
Проверка сшивания переходными отверстиями в Altair PollEx
Проверка трассировки групп цепей в Altair PollEx
Проверка трассировки групп цепей в Altair PollEx
Трассировка и размещение развязывающих конденсаторов в Altair PollEx
Трассировка и размещение развязывающих конденсаторов в Altair PollEx
Altair PollEx Излучающая медь
Излучающая медь

Существует широкий спектр качественных и количественных показателей, которые необходимо настраивать и корректировать, для создания надежного интерфейса. К ним относятся, целостность сигналов и временные параметры, а также проверка волнового сопротивления, согласования длины, паразитные связи и перекрестные помехи, уровень напряжения сигналов и снижение скорости нарастания.

Возможно, самым большим препятствием для развития DDR является сам традиционный подход к проектированию.  Как правило, компании выполняют три или более итераций проектирования DDR для каждого интерфейса, тратя 2-3 часа на каждую итерацию. Инженеры-топологи на протяжении всего процесса разработки могут столкнуться с проблемами наложения цепей, такими как отражение, смещение сигнала, перекрестные помехи (XT) или шумы при одновременном переключении сигналов (SSN), что приводит к неэффективности коммуникации.  Затем в традиционном подходе проводится только поверхностный анализ, который может упустить основные причины сбоя и ограничить область охвата проверки только критическими сетями, оставив неиспользованными возможности дальнейшей оптимизации.

Трудности при традиционном подходе

Трудности при традиционном подходе проектирования
Трудности при традиционном подходе проектирования

Altair предлагает подход к проектированию основанный на моделировании:

Сравнение традиционных и основанных на моделировании подходов к проектированию печатных плат в Altair PollEx
Сравнение традиционных и основанных на моделировании подходов к проектированию печатных плат

Процесс проектирования Altair, основанный на моделировании, позволяет ускорить разработку за счет использования трехэтапного воронкообразного подхода. Во-первых, выполняется расширенная геометрическая проверка с помощью PollEx DFE, обычно занимающая всего несколько минут на итерацию. Затем следует этап грубого анализа с использованием расширенной электрической проверки с помощью PollEx DFE+.  Вместе с геометрической проверкой это помогает разработчикам выявлять и исправлять потенциальные недостатки конструкции печатной платы на более ранних этапах процесса. Третий этап – моделирование DDR с помощью PollEx SI позволяет пользователям детально изучить характеристики печатной платы после первоначальной проверки и анализа. Эта методология помогает разработчикам печатных плат легко находить и решать обнаруженные с помощью правил DFE ошибки проектирования и сокращать дорогостоящие и трудоемкие случаи сбоев на последующих этапах анализа и тестирования.

Рабочий процесс моделирования целостности сигнала Altair PollEx DDRx
Рабочий процесс моделирования целостности сигнала Altair PollEx DDRx

Сокращение числа итераций проектирования может оказать существенное влияние на итоговую прибыль, если учесть масштаб операций многих производителей электроники.  Samsung SDI оценивает экономию в шесть миллионов долларов США в год благодаря сокращению числа итераций проектирования с 20 до 9 и количества проверок изменений с 6 до 3.

Подробнее о решении Altair PollEx: https://www.elm-c.ru/altair-pollex

Бесплатная версия Altair PollEx для Altium Designer: https://www.elm-c.ru/altair-pollex-for-altium-designer

Если вы хотите узнать больше о проектировании DDRx с помощью Altair PollEx, пожалуйста, обращайтесь к специалистам компании ООО "ЭЛМ" по телефонам +7(495) 005-51-45 или по электронной почте info@elm-c.ru.