Un problema fondamentale nei sistemi elettronici embedded che utilizzano memorie DDR è quello di mantenere l'integrità del segnale in presenza di fluttuazioni sulle linee di alimentazione e di massa. Il problema diventa ancora più importante quando le tensioni di alimentazione decrescono e la velocità di commutazione aumenta, imponendo requisiti progettuali più stringenti sulle tolleranze delle linee di alimentazione e sul jitter.
La stabilità della rete di distribuzione dell'alimentazione è molto importante nei sistemi elettronici embedded dove sono presenti memorie DDR. Mentre le memorie DDR3 tolleravano un'ondulazione di 75 mV (Vpp), la tolleranza ammessa è diminuita ad appena 60 mV (Vpp) per le memorie DDR4 ed è probabile che diminuisca ulteriormente in futuro. L'ondulazione (ripple) e il rumore presente sulla rete di distribuzione dell'alimentazione hanno un impatto negativo sul jitter dei segnali dati e di clock, il che si ripercuote direttamente sulle prestazioni ottenibili nel trasferimento dei dati. La qualificazione della rete di distribuzione dell'alimentazione di sistemi embedded che integrano memorie DDR è perciò un'attività cruciale.
La sonda per linee di alimentazione R&S®RT-ZPR20 è una sonda per oscilloscopio specializzata per ottenere misure con rumore molto basso sulle linee di alimentazione. Questa sonda attiva con rapporto di attenuazione 1:1 e offset integrato consente di vedere i dettagli delle ondulazioni e dei disturbi che si sovrappongono alla tensione continua della linee di alimentazione. È compatibile con gli oscilloscopi R&S®RTE e R&S®RTO, aggiungendo solo il 10% di rumore all'oscilloscopio per la misura accurata dei componenti di ondulazione e rumore. La sonda ha una larghezza di banda di 2 GHz per visualizzare i transitori ad alta frequenza o i segnali RF indesiderati accoppiati alla linea di alimentazione. Grazie al ridotto aumento dell'attenuazione alle frequenze più elevate (rolloff), la banda di 2,4 GHz può essere coperta del tutto con un'attenuazione solo leggermente maggiore. A 50 kΩ la sonda ha un'impedenza in continua molto maggiore di una connessione coassiale diretta e quindi non carica significativamente la rete di distribuzione dell'alimentazione.
L'estensione a puntale della sonda R&S®RT-ZPR20 è la soluzione perfetto per verificare i livelli di tensione continua sulle schede con diverse linee di alimentazione.
Verifica della tensione continua degli alimentatori con una sonda a puntale
L'accuratezza delle tensioni di alimentazione continue può essere facilmente qualificata con R&S®ProbeMeter, un voltmetro in corrente continua estremamente accurato che è integrato all'interno della testa della sonda. Offre un'accuratezza in continua dello 0,1% indipendentemente dalla tensione di offset ed elimina la necessità di utilizzare un voltmetro separato. Il puntale da 350 MHz rende molto semplice il controllo di tutte le linee di alimentazione presenti sul circuito stampato. Un accessorio per il puntale, come la clip SMT o l'adattatore a doppio pin, offre un metodo alternativo per collegarsi al dispositivo in prova qualora la molla per il collegamento a massa si rivelasse scomoda.
I cavi pigtail non limitano la larghezza di banda della sonda e offrono una connettività eccellente proprio dove la misura deve essere eseguita molto accuratamente.
Impostazione di misure sulle linee di alimentazione DDR4
Per effettuare misure realistiche sull'alimentazione delle memorie DDR è necessario collegare la sonda quanto più vicino possibile al componente DDR da provare. I cavi pigtail sono la scelta giusta per tali misure. Una configurazione tipica, quando la memoria DDR è pilotata da un FPGA, è ciò che si intende per misura a spioncino. Un pin inutilizzato della FPGA viene usato per misurare la bassa tensione utilizzata nel nucleo delle memorie DDR dall'interno della FPGA. Questo pin di I/O viene quindi impostato al valore alto o basso corrispondente alla tensione interna di lavoro della DDR e viene misurato esternamente con la sonda per linee di alimentazione. Questa è spesso la posizione più vicina possibile alla memoria in cui l'alimentazione possa essere misurata. 1)
Metodi di misura con l'oscilloscopio
Sono disponibili due metodi per misurare l'ondulazione e il rumore residui su una linea di alimentazione CC 1):
Misura dell'ondulazione residua su un alimentatore DDR4 da 1,2 V e verifica accurata del livello di tensione continua con R&S®ProbeMeter, un voltmetro in integrato nella testa della sonda.
Misure di risposta alle variazioni di carico su un alimentatore per DDR4 durante la fase di inizializzazione della memoria DDR.
L'esecuzione di misure accurate di ondulazione e rumore sulle linee di alimentazione richiede un oscilloscopio con larghezza di banda elevata e una sonda dedicata per eseguire misure a basso rumore e con la capacità di offset necessaria per poter osservare dettagliatamente le variazioni sovrapposte al livello di tensione continua. La sonda per linee di alimentazione R&S®RT-ZPR20 e gli oscilloscopi R&S®RTE e R&S®RTO sono strumenti eccellenti per effettuare queste misure.
1) “7 Series FPGAs PCB Design Guide“, UG483 (v1.12), Xilinx, 10 gennaio 2017 all'indirizzo www.xilinx.com
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