Effiziente Augendiagrammtests bei DDR3/DDR4-Systemdesigns

Konformitätstests sind unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Signale von DRAM-Speicherbausteinen die JEDEC-Spezifikationen in Bezug auf Parameter wie Zeitverhalten, Anstiegsrate und Spannungspegel erfüllen. Bei der Systemverifizierung und bei der Fehlersuche sind Augendiagrammmessungen das wichtigste Werkzeug zur effizienten Analyse der Signalintegrität in digitalen Designs. Die spezifischen Anforderungen von DDR erfordern eine dedizierte Lösung mit einer leistungsfähigen Lese-/Schreibtrennung, um aussagekräftige Augendiagramme auf dem DDR-Datenbus zu erhalten.

DDR4-Systemtest: Lese-/Schreibtrennung und DQ-Datenauge
DDR4-Systemtest: Lese-/Schreibtrennung und DQ-Datenauge
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Ihre Anforderung

Beim Testen der Signalqualität an einer DDR-Schnittstelle sind Augendiagrammmessungen an Daten-, Befehls-/Adress- und Steuersignalen hilfreich, um potenzielle Systemprobleme in Bezug auf die Signalintegrität aufzudecken und diese zu beheben. Daher ist die Augendiagramm-Funktion überaus beliebt bei SI-Ingenieuren, da sie mit dieser rasch die DDR-Schnittstellen-Performance bestimmen können. Während bei Konformitätstests die Signalcharakteristiken der DDR-Signalgruppen gemäß JEDEC-Spezifikationen verifiziert werden, weisen diese nicht die Flexibilität auf, um Probleme im Bereich der Signalintegrität effizient zu analysieren und zu beheben. Diesbezüglich ist die Augendiagrammmessung das Mittel der Wahl. Für die unidirektionalen Befehls-/Adress- und Steuersignalgruppen ist keine Lese-/Schreibtrennung notwendig.

Da der Datenbus jedoch einen bidirektionalen Datentransfer zwischen Speichercontroller und Speichergerät unterstützt, ist für die Erzeugung des Datenauges eine leistungsstarke Lese-/Schreibtrennung in Kombination mit der Überlappung von aufeinanderfolgenden Bits innerhalb der Datenbursts erforderlich.

DQ-Augendiagramm überlappt UIs innerhalb einer Burst-Länge
DQ-Augendiagramm überlappt UIs innerhalb einer Burst-Länge
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Lösung von Rohde & Schwarz

Die Optionen R&S®RTx-K91 (DDR3, DDR3L, LPDDR3) und R&S®RTx-K93 (DDR4, LPDDR4) Signalintegritäts-Debugging- und Compliance-Testsoftware zeichnen sich durch umfassende, automatisierte DDR- und LPDDR-Konformitätstests aus, einschließlich einer Zusatzfunktion für die Separation von Lese-/Schreib-Bursts und die Messung des DDR-Datenauges.

Phasenabgleich von DQS- und DQ-Signalen
Phasenabgleich von DQS- und DQ-Signalen
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DDR-Datenauge: Lese-/Schreib-Bursts separieren

Die Optionen R&S®RTx-K91 und R&S®RTx-K93 verfügen über eine Decodierfunktion, die hilfreich ist, um sämtliche Lese-/Schreibzyklen in den erfassten Messkurven zu unterscheiden.

Diese Decodierfunktion identifiziert und trennt Lese- und Schreib-Daten-Bursts, indem der Phasenabgleich und der Signalpegel der DQ- und DQS-Signale auf dem gemessenen Datenbus analysiert wird. Sie synchronisiert das DQ-Datenauge mit dem DQS-Strobe-Signal. DDR3- und DDR4-Schreib-/Lese-Daten-Bursts beinhalten auch eine Präambel, die vom Augendiagramm ausgeschlossen werden muss. Die Optionen R&S®RTx-K91 und R&S®RTx-K93 erkennen und übergehen die Präambel vor dem Daten-Burst auf intelligente Art und Weise, um ein für Tests geeignetes Augendiagramm zu generieren.

Beispiel für die Definition einer DDR3-Augenmaske
Beispiel für die Definition einer DDR3-Augenmaske
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Die Trennung und Decodierung von Lese-/Schreib-Bursts basiert ausschließlich auf der DQ- und DQS-Phasenbeziehung und der Schwellenwert-Hysterese, ohne dass man zusätzliche Steuersignale sondieren muss. Anwender können eine längere Zeitdauer von DQ-Bursts erfassen, um ein Augendiagramm für Tests zu erzeugen, das ausschließlich aus Schreib- und/oder Lesezyklen besteht. Sobald ein Augendiagramm erstellt wurde, lassen sich Analysewerkzeuge wie Maskentests, Histogramme und automatisierte Augenmessungen anwenden.

R&S®RTP-K93: Trennung und Decodierung von Lese-/Schreib-Daten-Bursts
R&S®RTP-K93: Trennung und Decodierung von Lese-/Schreib-Daten-Bursts
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Augenmasken bei DDR3 und DDR4

Auch wenn Augendiagramme nicht in allen DDR-Spezifikationen vorgesehen sind, gelten sie als Mittel der Wahl für die Verifizierung und Fehlersuche an Schnittstellen in DDR3- und DDR4-Systemdesigns. Während DDR4 die entsprechenden Augenmaskenparameter für das DQ-Datensignal definiert, wird bei DDR3 keine Maske für das DQ-Datenauge spezifiziert. Allerdings lässt sich eine DDR3-Augenmaske aus der JEDEC-Spezifikation ableiten, wobei man für die Definition der Augenbreite auf Data Setup (tDS) und Hold Time (tHD) zurückgreift; Anstiegsrate sowie Spannungspegel (VIH und VIL) definieren die vertikale Augenöffnung. Diese Methodik zur Erzeugung einer Maske lässt sich effizient nutzen, um die Signalintegrität auf dem Datenbus zu testen – selbst bei DDR3-Systemdesigns. Zu beachten ist, dass in der DDR3-Spezifikation die Signalanforderungen in Bezug auf Zeitverhalten und Pegel von den tatsächlichen Signalanstiegsraten sowie von dem gewählten Referenzpegel und den Datenraten abhängen. Daher muss der Anwender die Datenmaske entsprechend der Geräteeigenschaften konfigurieren.

R&S®RTP-K93: DDR4-Datenauge des Chip-Select-Signals (CS)
R&S®RTP-K93: DDR4-Datenauge des Chip-Select-Signals (CS)
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Die Standard-Maskentestfunktion der R&S®RTP und R&S®RTO Oszilloskope lässt sich auch in Verbindung mit den Werkzeugen für Datenaugendiagramme R&S®RTx-K91 und R&S®RTx-K93 -anwenden. Anwender können die erforderlichen Maskenprofile definieren und diese für nachfolgende Tests abspeichern. Verletzungen der Maske werden an der Messkurve (Augenstreifen-Funktion) gekennzeichnet und lassen sich auf Basis von UI-Folgen in Tabellenform festhalten. Die Anwender können auf die einzelnen Maskenverletzungen zoomen, um Signalintegritätsprobleme weiter zu analysieren und zu beheben.

R&S®RTP-K93: DDR4-DQ-Datenauge und Maskentest mit Anzeige der verletzten Bereiche (Beispiel eines Lesezyklus)
R&S®RTP-K93: DDR4-DQ-Datenauge und Maskentest mit Anzeige der verletzten Bereiche (Beispiel eines Lesezyklus)
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Weitere Augendiagramme bei DDR

Im Gegensatz zum bidirektionalen Datenbus sind die Befehls-/Adress- und Steuersignale unidirektional und erfordern keine Lese-/Schreibtrennung. Diese Signale werden mit dem Taktsignal CK synchronisiert. Augenmasken und Maskentests können auf dieselbe Art und Weise wie beim Datenbus konfiguriert werden.

R&S®RTP-K91: DDR3-DQ-Datenauge und Maskentest mit Anzeige der verletzten Bereiche (Beispiel eines Schreibzyklus)
R&S®RTP-K91: DDR3-DQ-Datenauge und Maskentest mit Anzeige der verletzten Bereiche (Beispiel eines Schreibzyklus)
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Fazit

Beim Testen von DDR3- und DDR4-Speicherschnittstellen sind Konformitätstests nützlich, um die Interoperabilität gegen den JEDEC-Standard zu bewerten. Bei der Fehlerbehebung von SI-Problemen sind Funktionalitäten und Werkzeuge wie Lese-/Schreiberkennung, Augendiagramme und Maskentests erforderlich, um den Aufwand für die Analyse zu verringern. Die Optionen R&S®RTx-K91 und R&S®RTx-K93 bieten einen leistungsstarken Satz an Werkzeugen für Konformitätstests sowie für die Verifizierung und Fehlersuche bei DDR3- und DDR4-Systemdesigns.

Typische Konfiguration

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