Eine wesentliche Herausforderung bei Embedded-Geräten mit DDR-Speichern besteht darin, die Signalintegrität bei vorhandenen Fluktuationen auf den Spannungsversorgungen und massebezogenen Signalen aufrechtzuerhalten. Dies wird umso wichtiger, als die Versorgungsspannungen niedriger werden und die Schaltgeschwindigkeit steigt. Immer enger gefasste Toleranzen bei den Spannungsversorgungen und strengere Jitter-Anforderungen sind die Folge.
Bei Embedded Designs mit Schnittstellen zu DDR-Speichern ist die Stabilität des Stromverteilungsnetzes sehr wichtig. Während DDR3-Speicher noch eine Welligkeit von 75 mV (Uss) tolerierten, beträgt dieser Wert bei DDR4-Speichern nur noch 60 mV (Uss) und wird voraussichtlich weiter absinken. Welligkeit und Rauschen auf dem Stromverteilungsnetz generieren Takt- und Daten-Jitter. Dies wirkt sich direkt auf die Datenübertragungsrate aus. Die Qualifizierung des Stromverteilungsnetzes von Embedded Designs mit DDR-Speichern ist deshalb eine äußerst wichtige Aufgabe.
Der R&S®RT-ZPR20 Power-Rail-Tastkopf ist ein spezieller Oszilloskop-Tastkopf für sehr rauscharme Messungen an Spannungsversorgungen. Mit diesem aktiven 1:1-Tastkopf mit integriertem Offset können Sie die Welligkeit, die der Versorgungsspannung überlagert ist, heranzoomen. Er ist mit den R&S®RTE und R&S®RTO Oszilloskopen kompatibel und erhöht das Eigenrauschen des Oszilloskops um nur 10 %; damit wird die exakte Messung von Welligkeits- und Rauschanteilen sichergestellt. Mit einer Bandbreite von 2 GHz macht der Tastkopf hochfrequente Transienten oder eingekoppelte unerwünschte HF-Signale auf Versorgungsspannungen sichtbar. Aufgrund des langsamen Frequenz-Roll-Off können diese Signale bis in das 2,4 GHz-Band mit nur geringfügig erhöhter Dämpfung erfasst werden. Mit 50 kΩ hat der Tastkopf eine deutlich höhere Eingangsimpedanz als eine direkte Koaxialverbindung und belastet deshalb das Stromverteilungsnetz nur unwesentlich.
Die Browser-Erweiterung des R&S®RT-ZPR20 Power-Rail-Tastkopfs bietet das perfekte Zubehör, um die DC-Pegel mehrerer Spannungsversorgungen auf einer Leiterplatte zu bestimmen.
Verifizierung des DC-Pegels von Versorgungsspannungen mit einem Browser
Die Genauigkeit von DC-Versorgungsspannungen lässt sich leicht mit dem R&S®ProbeMeter, einem hochgenauen, im Tastkopf integrierten DC-Voltmeter, bestimmen. Es bietet eine DC-Messgenauigkeit von 0,1 % unabhängig von der eingestellten Offsetspannung und macht damit ein zusätzliches DC-Voltmeter überflüssig. Mit der 350 MHz-Browser-Erweiterung lassen sich alle Spannungsversorgungen auf einer Leiterplatte leicht überprüfen. Browser-Zubehör wie der SMT-Clip oder ein zweipoliger Adapter bietet alternative Möglichkeiten zum Anschließen des Messobjekts, wenn das Messen mit der Massekontakt-Feder ungünstig ist.
Pigtail-Kabel schränken die Bandbreite des Tastkopfs nicht ein und bieten hervorragende Anbindung genau an der Stelle, an der die Messung durchgeführt werden soll.
Einrichten von Messungen an DDR4-Spannungsversorgungen
Realistische Messungen an Spannungsversorgungen für DDR-Speicher erfordern eine Sondierung so nahe wie möglich am DDR-Bauteil. Anschlussfaser-Kabel (Pigtail-Kabel) sind die richtige Wahl für solche Messungen. Ein typischer Messaufbau – bei Ansteuerung des DDR-Speichers durch ein FPGA – ist die sogenannte Spyhole-Messung. Ein freier Pin des FPGA wird dazu verwendet, die DDR-Core-Spannung direkt aus dem FPGA heraus zu messen. An diesen I/O-Pin wird eine hohe oder niedrige DDR-Core-Spannung angelegt und der Pin extern mit dem Power-Rail-Tastkopf sondiert. Dies ist oft die am nächsten bei der Spannungsversorgung gelegene Stelle, an der sich die Messung vornehmen lässt. 1)
Oszilloskop-Messmethoden
Zum Messen der Restwelligkeit und des Rauschens auf DC-Versorgungsspannungen stehen zwei Methoden zur Verfügung 1):
Messung der Restwelligkeit an einer 1,2 V DDR4-Spannungsversorgung und exakte Bestimmung des DC-Pegels mit dem R&S®ProbeMeter, einem in den Tastkopf integrierten DC-Voltmeter.
Messung des Lastverhaltens einer DDR4-Spannungsversorgung während der Initialisierungsphase des DDR-Speichers.
Exakte Messungen von Welligkeit und Rauschen an Spannungsversorgungen erfordern ein Oszilloskop mit hoher Bandbreite und einen speziellen Tastkopf, um rauscharme Messungen durchzuführen. Mit der Offset-Funktionalität bieten sie die Möglichkeit, auf die überlagerten Komponenten der DC-Spannung zu zoomen. Der R&S®RT-ZPR20 Power-Rail-Tastkopf sowie die R&S®RTE und R&S®RTO Oszilloskope eignen sich hervorragend für diese Messungen.
1) „7 Series FPGAs PCB Design Guide“, UG483 (V1.12), Xilinx, 10. Januar 2017 auf www.xilinx.com
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