Vérification de l'intégrité de l'alimentation des mémoires DDR

Les dispositifs intégrés qui embarquent des mémoires DDR présentent un défi essentiel : préserver l'intégrité du signal en présence de fluctuations liées aux tensions d'alimentation et de masse. Cela devient même de plus en plus important à mesure que les tensions d'alimentation décroissent et que les vitesses de commutation augmentent, une évolution qui conduit à des exigences de gigue et des tolérances de rail d'alimentation plus drastiques.

Votre tâche

En matière de conceptions intégrées dotées d'interfaces mémoire DDR, la stabilité du réseau de distribution électrique est primordiale. Si les mémoires DDR3 toléraient une ondulation de 75 mV (Vcc), cette valeur a été revue à la baisse jusqu'à seulement 60 mV (Vcc) avec les mémoires DDR4. Et elle devrait encore décroître. La présence d'ondulation et de bruit sur un circuit de distribution électrique influe négativement sur la gigue de l'horloge et des données qui, à son tour, influe directement sur les performances du transfert de données. La qualification du circuit de distribution électrique des conceptions intégrées à mémoires DDR constitue donc une tâche essentielle.

Solution T&M

La R&S®RT-ZPR20 est une sonde d'oscilloscope spécialisée dans les mesures à très faible bruit des rails d'alimentation. Dotée d'un décalage intégré, cette sonde active 1:1 vous permet de zoomer sur l'ondulation qui vient se superposer à la tension d'alimentation. La sonde est compatible avec les oscilloscopes numériques R&S®RTE et R&S®RTO, et n'ajoute alors que 10 % de bruit à ces appareils pour une mesure précise des composantes d'ondulation et de bruit. La sonde possède une largeur de bande de 2 GHz pour révéler les transitoires hautes fréquences ou les signaux RF parasites couplés aux alimentations. Du fait d'une pente de coupure lente, la bande des 2,4 GHz est couverte avec une atténuation à peine plus importante. À 50 kΩ, la sonde affiche une impédance DC bien plus élevée qu'une connexion coaxiale directe, et ne charge donc pas énormément le circuit de distribution électrique.

Extension de type browser de la sonde RT-ZPR20
L'extension de type browser de la sonde R&S®RT-ZPR20 constitue l'outil idéal pour vérifier les niveaux DC de plusieurs alimentations sur une même carte imprimée.
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Vérifier le niveau DC des alimentations électriques avec un embout de type browser

La précision des tensions d'alimentation DC se qualifie facilement avec le R&S®ProbeMeter, un voltmètre DC haute précision intégré à la tête de la sonde. Il propose une précision de tension continue de 0,1 % indépendante de la tension de décalage et élimine le recours à un voltmètre DC externe. Cet embout de sonde à 350 MHz facilite le contrôle de tout rail d'alimentation présent sur une carte imprimée. Ce type d'accessoire, comme la pince SMT ou l'adaptateur à deux broches, propose un autre mode de connexion à l'appareil sous test (DUT), lorsque la mesure avec un ressort de masse se révèle peu commode.

Câbles coaxiaux
Les câbles coaxiaux ne restreignent pas la bande passante de la sonde et proposent une excellente connectivité à l'emplacement exact de la mesure à effectuer.
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Configuration pour mesures d'une ligne d'alimentation DDR4

Parvenir à des mesures réalistes sur l'alimentation d'une mémoire DDR requiert un prélèvement au plus près du composant DDR. Les câbles de type coaxial constituent le choix adapté à ces mesures. Une configuration typique appelée "spyhole measurement" est utilisée quand la mémoire DDR est pilotée par un FPGA. Une broche libre du FPGA sert alors à sonder la tension DDR fondamentale directement depuis l'intérieur du FPGA. Cette broche E/S (d'entrée / sortie) est ensuite portée à l'état haut ou à l'état bas, puis analysée en externe avec la sonde "power rail". Il s'agit souvent de l'emplacement où on peut sonder l'alimentation au plus près. 1)

La mesure de l'ondulation restante sur une alimentation DDR4
La mesure de l'ondulation résiduelle sur une alimentation DDR4 de 1,2 V, et la vérification précise du niveau DC avec le R&S®ProbeMeter, le voltmètre DC intégré à la tête de la sonde.
Mesure de réponse à la charge d'une alimentation DDR4
Mesure de réponse à la charge d'une alimentation DDR4 au cours de la phase d'initialisation du module DDR.

Méthodes de mesure avec oscilloscope

Deux méthodes sont disponibles pour tester le bruit et l'ondulation résiduels sur une ligne d'alimentation DC 1):

  • Utilisez un mode de persistance infinie pour capter et afficher tous les événements de bruit. Combiné à la mesure automatique Vcc et à l'affichage statistique, il facilite la mesure de la tension de bruit maximale. Si l'oscilloscope utilisé dispose d'un taux de rafraîchissement rapide, par exemple le R&S®RTO ou le R&S®RTE (avec une capacité d'acquisition de 1 million de formes d'ondes/s), un résultat de mesure fiable ne prendra que quelques secondes
  • Placez l'oscilloscope en mode de déclenchement monocoup ou normal, puis déclenchez sur un événement agresseur identifié. Dans le cas d'alimentations de mémoires DDR, il s'agira typiquement de mesures de réponse à la charge pendant des tests de contrainte ou de phase d'initialisation DDR

Conclusion

Des mesures précises de l'ondulation et du bruit sur les alimentations nécessitent un oscilloscope à grande largeur de bande et une sonde dédiée. Combinés, ces équipements permettent des mesures à faible bruit et proposent la capacité de décalage permettant de zoomer sur la partie supérieure de la tension DC. La sonde "power rail" (d'alimentation de rail) R&S®RT-ZPR20, ainsi que les oscilloscopes numériques R&S®RTE et R&S®RTO constituent d'excellents outils à cette fin.

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