Verificación de la integridad de potencia en memorias DDR

Uno de los principales retos que plantean los dispositivos embebidos con memorias DDR consiste en mantener la integridad de la señal ante fluctuaciones en el carril de alimentación y de masa. Este aspecto adquiere mayor importancia a medida que decrece la tensión de alimentación y aumenta la velocidad de conmutación, lo que reduce las tolerancias en el carril de alimentación y los requisitos de fluctuación de fase.

Su misión

La estabilidad de la red de distribución de energía es esencial en los diseños embebidos con interfaces de memoria DDR. Mientras que las memorias DDR3 toleraban un rizado de 75 mV (Vpp), este valor se ha reducido a solo 60 mV (Vpp) en las memorias DDR4, y es probable que siga disminuyendo en el futuro. El rizado y el ruido en la red de distribución de energía influyen negativamente en la temporización y la fluctuación de fase de los datos, lo que tiene un impacto directo en el rendimiento de la transmisión de datos. Por consiguiente, la evaluación de la red de distribución de energía es una tarea fundamental en los diseños embebidos con memorias DDR.

Solución de test y medida

La sonda para análisis de potencia en circuitos integrados R&S®RT-ZPR20 es una sonda especial para osciloscopios para medidas de ruido muy bajo en carriles de alimentación. Esta sonda activa 1:1 con desajuste integrado permite aumentar con el zoom el rizado sobre la tensión del carril de alimentación. Es compatible con los osciloscopios digitales R&S®RTE y R&S®RTO, y agrega solo un 10 % de ruido al osciloscopio, haciendo así posibles medidas de alta precisión de los componentes de rizado y ruido. La sonda tiene un ancho de banda de 2 GHz para captar transitorios de alta frecuencia o señales de RF no deseadas acopladas en el carril de alimentación. Gracias a la pendiente suave de frecuencia, la banda de 2,4 GHz se puede cubrir con solo una leve atenuación. A 50 kΩ, la sonda tiene una impedancia de CC mucho más elevada que una conexión coaxial directa, y por lo tanto no sobrecarga la red de distribución de energía.

La ampliación de exploración para la sonda RT-ZPR20
La ampliación de exploración para la sonda R&S®RT-ZPR20 es la herramienta perfecta para verificar los niveles de CC de varias fuentes de alimentación en una tarjeta impresa.
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Verificación del nivel de CC en fuentes de alimentación con un explorador

La precisión de las tensiones de alimentación de CC se puede evaluar fácilmente con el R&S®ProbeMeter, un voltímetro CC de alta precisión integrado en el cabezal de la sonda. Ofrece una precisión de CC del 0,1 % independientemente de la tensión de desajuste y hace innecesario el uso de un voltímetro CC separado. La ampliación de exploración de 350 MHz permite comprobar todos los carriles de alimentación de una tarjeta impresa con gran facilidad. Con accesorios de exploración como el clip SMT o el adaptador de pines dual se dispone de una alternativa de conexión al dispositivo bajo prueba en caso de no ser conveniente la medida con el resorte de masa.

Los cables en espiral no limitan el ancho de banda
Los cables en espiral no limitan el ancho de banda de la sonda y proporcionan una excelente conectividad en el punto exacto donde se desea medir.
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Configuración de medidas de carril de alimentación en DDR4

Para obtener medidas realistas en la fuente de alimentación de una memoria DDR se requiere un sondeo lo más cercano posible al componente DDR. Los cables en espiral son idóneos para este tipo de medidas. Una configuración típica (si la memoria DDR está implementada en un FPGA) es la denominada medida de "mirilla". Un pin no utilizado del FPGA se emplea para sondear la tensión del núcleo de la DDR directamente desde el interior del FPGA. Este pin de E/S adquiere la tensión alta o baja del núcleo de la DDR y se sondea de forma externa con la sonda de carril de alimentación. A menudo, esta es la posición más cercana posible para sondear la fuente de alimentación. 1)

Medidas de rizado residual en una fuente de alimentación de 1,2 V de DDR4
Medidas de rizado residual en una fuente de alimentación de 1,2 V de DDR4 y verificación de alta precisión del nivel de CC con el R&S®ProbeMeter, un voltímetro CC integrado en el cabezal de la sonda.
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Medida de respuesta de carga de una fuente de alimentación de DDR4
Medida de respuesta de carga de una fuente de alimentación de DDR4 durante la fase de inicialización de la memoria DDR.
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Métodos de medida con el osciloscopio

Existen dos métodos para medir el rizado y el ruido residual en un carril de potencia CC 1):

  • El modo de persistencia infinito se utiliza para captar y visualizar todos los eventos de ruido. En combinación con la medida automática de Vpp y la visualización de estadística, esté método permite medir fácilmente la tensión de ruido máxima. Si se emplea un osciloscopio con una frecuencia de actualización rápida, como p. ej. el R&S®RTO o el R&S®RTE (con adquisición de hasta 1 millón de trazas/s), pueden obtenerse resultados fiables en cuestión de segundos.
  • Coloque el osciloscopio en modo de disparo único o normal y dispare en un evento perturbador conocido. Para las fuentes de alimentación de memorias DDR, suele tratarse generalmente de medidas de respuesta de carga durante la fase de inicialización de la DDR o pruebas de tensión.

Sumario

Las medidas precisas de rizado y de ruido en carriles de alimentación requieren un osciloscopio con gran ancho de banda y una sonda específica para ejecutar medidas de bajo ruido y disponer de la capacidad de desajuste necesaria para aumentar el zoom sobre la tensión continua. La sonda para análisis de potencia en circuitos integrados R&S®RT-ZPR20, así como los osciloscopios digitales R&S®RTE y R&S®RTO son herramientas excelentes para este tipo de medidas.

1) "7 Series FPGAs PCB Design Guide", UG483 (v1.12), Xilinx, 10 de enero de 2017 en www.xilinx.com