計(jì)算機(jī)領(lǐng)域總是在持續(xù)不斷地進(jìn)步，始終有發(fā)展變化和更新迭代等待著我們?nèi)ンw驗(yàn)和探索。從頭開始打造一臺(tái)新的 PC 是一種令人愉悅的體驗(yàn)，有新一代標(biāo)準(zhǔn)時(shí)更是如此。說(shuō)到這里，我們不得不提到有關(guān)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM) 的話題。具體來(lái)說(shuō)是 DDR4 RAM，這恰好是市場(chǎng)上目前的標(biāo)準(zhǔn)。RAM 的重要性眾所周知，如果我們問(wèn)到任何計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)工程師，他們都會(huì)表示擁有再多的 RAM 也不為過(guò)。

基于 DDR4 實(shí)現(xiàn)的 PCB 架構(gòu)改進(jìn)

如上所述，計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的格局不斷發(fā)展變化。隨著新標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，設(shè)備架構(gòu)需要作出相應(yīng)調(diào)整。這一表述同樣適用于從 DDR3 到 DDR4 的代際標(biāo)準(zhǔn)變化。

隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的這些進(jìn)步也顯著提升了整體性能。因此，想要利用最新的 RAM，就需要改變 PCB 設(shè)計(jì)；正如 USB 標(biāo)準(zhǔn)從 USB 2.0 發(fā)展到 USB 3.0 時(shí)一樣。隨著市場(chǎng)對(duì)更強(qiáng)處理能力、更佳性能和更高級(jí)功能的需求不斷推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展，這些類型的改變是持續(xù)且必要的。

盡管大多數(shù)人不會(huì)注意到或看到 PCB 設(shè)計(jì)所需的架構(gòu)變化，但這并沒(méi)有降低這些關(guān)鍵變化的重要性。

1. 實(shí)現(xiàn) DDR4，PCB Layout 需要作出什么改變？

雙倍數(shù)據(jù)速率 4 （Double Data Rate 4）簡(jiǎn)稱 DDR4，有兩種不同的模塊類型。其中一種模塊類型是小型雙列直插式內(nèi)存模塊（260 個(gè)引腳），簡(jiǎn)稱 So-DIMM，用于筆記本電腦等便攜式計(jì)算設(shè)備。另一種模塊類型是雙列直插式內(nèi)存模塊（288 個(gè)引腳），簡(jiǎn)稱 DIMM，用于臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器等設(shè)備。

因此，架構(gòu)的第一個(gè)變化當(dāng)然是引腳數(shù)所致。上一迭代 (DDR3) 的 DIMM 使用 240 個(gè)引腳，So-DIMM 為 204 個(gè)引腳。而前文提到的 DDR4 的 DIMM 使用 288 個(gè)引腳。隨著引腳或觸點(diǎn)的增加，DDR4 提供更大的 DIMM 容量、更好的數(shù)據(jù)完整性、更快的下載速度和更高的能效。

各種類型的 DDR RAM 芯片

與這種整體性能改進(jìn)一同出現(xiàn)的還有一種彎曲設(shè)計(jì)（底部），可以實(shí)現(xiàn)更好、更安全的連接，并提高安裝過(guò)程中的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。此外，臺(tái)架測(cè)試證明，DDR4 使性能提升了 50%，最高可達(dá) 3,200 MTs（每秒兆傳輸率）。

而且，這些性能提升是在降低功耗的情況下實(shí)現(xiàn)的：每個(gè) DIMM僅耗費(fèi)1.2 伏，而不是上一代標(biāo)準(zhǔn)要求的 1.5 至 1.35 伏。所有這些變化意味著 PCB 設(shè)計(jì)人員必須重新評(píng)估設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn) DDR4。

2. PCB DDR4 設(shè)計(jì)指南

如果我們希望電子設(shè)備或元件以最佳水平運(yùn)行，則需要精準(zhǔn)的 PCB 設(shè)計(jì)，其中包括 DDR4 的實(shí)現(xiàn)。這一點(diǎn)很好理解。除了需要設(shè)計(jì)精度之外，還必須符合當(dāng)今的內(nèi)存。

PCB 設(shè)計(jì)人員也必須考慮各種其他因素，例如空間分配和關(guān)鍵連接。還需要管理初始設(shè)計(jì)階段，因?yàn)橄胍晒?shí)施，設(shè)計(jì)必須滿足布線拓?fù)浜驮O(shè)計(jì)規(guī)范。

為了有效管理數(shù)據(jù)，PCB 應(yīng)遵循布線和最佳實(shí)踐 (PCB)，否則會(huì)導(dǎo)致若干問(wèn)題，包括易感性和輻射發(fā)射。PCB 設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該利用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模扇出和高邊緣速率，以保持低誤碼率和 1.6 至 3.2 Gbps 的數(shù)據(jù)范圍。同樣，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)技術(shù)，我們的 PCB 將遇到信號(hào)完整性問(wèn)題并導(dǎo)致串?dāng)_和由此產(chǎn)生的（過(guò)度）抖動(dòng)。

3. DDR4 布線指南以及長(zhǎng)度和間距規(guī)則

在 PCB 設(shè)計(jì)中，想要實(shí)現(xiàn)最佳布線路徑，需要正確放置 DIMM 連接器和正確使用內(nèi)存芯片。一般來(lái)說(shuō)，DDR4 SDRAM 需要更短的布線和適當(dāng)?shù)拈g距，以實(shí)現(xiàn)峰值時(shí)序和最佳信號(hào)完整性。PCB 設(shè)計(jì)人員還應(yīng)在相關(guān)信號(hào)組中進(jìn)行引腳交換。此外，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，應(yīng)避免信號(hào)布線位于空隙處、信號(hào)層布線彼此相鄰以及參考平面分割。

同時(shí)，如果可以的話，我們還應(yīng)該在電源層或適當(dāng)?shù)慕拥?(GND) 之間進(jìn)行存儲(chǔ)器接口信號(hào)布線。此外，可以通過(guò)在同一層的同一字節(jié)通道組中進(jìn)行 DQ（輸入/輸出數(shù)據(jù)）、DQS（數(shù)據(jù)選通）和 DM（數(shù)據(jù)掩碼）信號(hào)布線來(lái)幫助減少或消除傳輸速度差異。與 DQS 信號(hào)相比，時(shí)鐘信號(hào)的傳播延遲更長(zhǎng)，因此時(shí)鐘信號(hào)的走線長(zhǎng)度通常需要比雙列直插式內(nèi)存模塊中最長(zhǎng)的 DQS 走線更長(zhǎng)。

最后，我們必須牢記，每個(gè)電路板堆疊都是不同的，間距要求也是如此。因此，必須利用場(chǎng)求解器 (如Cadence Clarity? 3D Solver) 在臨界信號(hào)之間建立低于 -50dB 的串?dāng)_。請(qǐng)注意：從時(shí)鐘到 DQS 沒(méi)有長(zhǎng)度要求，但是從時(shí)鐘到命令/控制/地址有長(zhǎng)度要求。長(zhǎng)度要求取決于材料的 Dk（介電常數(shù)）和每個(gè) SDRAM 的負(fù)載。

4. DDR4 層分配和數(shù)據(jù)通道參考

可以將 DQS、DQ 和 DM 網(wǎng)絡(luò)分配給堆疊中任何可用的內(nèi)部帶狀線層。而地址/命令/控制和時(shí)鐘應(yīng)在更靠近 SDRAM 的層上進(jìn)行布線，以最大限度地減少過(guò)孔耦合。

地址/命令/控制 SDRAM 過(guò)孔應(yīng)該在每個(gè) SDRAM 處添加連接到接地的過(guò)孔（陰影過(guò)孔），以減少過(guò)孔耦合。

此外，地址和控制參考電源層或接地取決于控制器。需要注意的是，DIMM 有地址和控制參考電源層，而板載 BGA（球柵陣列）很少有地址和控制參考電源層。

DDR4 會(huì)給設(shè)計(jì)增添大量的復(fù)雜性，但遵守指南可以緩解這種情況

DDR4 與上一代標(biāo)準(zhǔn) (DDR3) 一樣，在實(shí)現(xiàn)時(shí)需要新的設(shè)計(jì)方法。顯然，為了適應(yīng)升級(jí)后的性能，設(shè)計(jì)要求有所變動(dòng)，這是創(chuàng)新的副作用。然而，遵循正確的設(shè)計(jì)和拓?fù)浼夹g(shù)可以最大程度地利用這一當(dāng)代的新標(biāo)準(zhǔn)來(lái)提升性能。

無(wú)論是要實(shí)現(xiàn)任何形式的 DDR 內(nèi)存，還是從事于對(duì)信號(hào)要求特別高的設(shè)計(jì)，Cadence 的設(shè)計(jì)和分析工具套件都能助您一臂之力。Allegro? PCB Designer 不僅可以為您提供對(duì)元件進(jìn)行恰當(dāng)放置和布線的布局解決方案，而且還能提供一整套工具來(lái)加強(qiáng)分析和生產(chǎn)，確保設(shè)計(jì)比您預(yù)期的“雙倍數(shù)據(jù)速率”更快。

文章來(lái)源： Cadence楷登PCB及封裝資源中心

審核編輯 黃宇