Un desafío clave para diseños embebidos con memorias DDR es mantener la integridad de la señal ante la presencia de fluctuaciones en las líneas de energía y masa. Esto se vuelve más importante cuando el voltaje de alimentación disminuye y la velocidad de conmutación aumenta, lo cual lleva a tolerancias de líneas de alimentación y requisitos de fluctuación de fase más ajustados.
La estabilidad de la red de distribución de energía es muy importante para diseños embebidos con interfaces de memoria DDR. Mientras que las memorias DDR3 toleraban ondulaciones de 75 mV (Vpp), esto se ha disminuido a solo 60 mV (Vpp) para las memorias DDR4 y es muy probable que siga disminuyendo en el futuro. La ondulación y el ruido afectan negativamente la fluctuación de fase de reloj y datos en las redes de distribución de energía, lo que tiene un impacto directo en el rendimiento de la transferencia de datos. Por lo tanto, calificar la red de distribución de energía de diseño embebido con memorias DDR es una tarea fundamental.
La sonda Power Rail R&S®RT-ZPR20 es una sonda especializada para osciloscopios para mediciones en líneas de alimentación con ruido muy bajo. Esta sonda activa 1:1 con desfase integrado le permite acercarse a la ondulación de voltaje en la línea de alimentación. Es compatible con los osciloscopios R&S®RTE y R&S®RTO, aumentando solo un 10 % al ruido generado por el osciloscopio, lo que permite realizar mediciones precisas de ondulación y ruido en los componentes. La sonda tiene un ancho de banda de 2 GHz para ver transitorios de alta frecuencia o señales de radiofrecuencia acopladas no deseadas en la línea de alimentación. Debido a la pendiente de frecuencia suave, la banda de los 2.4 GHz puede ser cubierta con solo un poco más de atenuación. Con 50 kΩ, la sonda tiene una impedancia de CC mucho más alta que una conexión coaxial directa y, por lo tanto, no aumenta significativamente la carga de la red de distribución de energía.
La extensión de exploración para la sonda R&S®RT-ZPR20 es la herramienta perfecta para verificar los niveles de CC de múltiples fuentes de poder en una placa de circuito impreso.
Verificando el nivel de CC en fuentes de poder con un explorador
La precisión de los voltajes de alimentación de CC pueden ser fácilmente evaluados con el R&S® ProbeMeter, un voltímetro de alta precisión incorporado el cabezal de la sonda. Ofrece una precisión de CC de 0.1 % independientemente del desfase del voltaje y eliminando la necesidad de un voltímetro de CC independiente. La extensión de exploración 350 MHz hace que la tarea de comprobar las líneas de alimentación en una placa de circuito impresa sea fácil. En caso no sea conveniente realizar mediciones con el resorte de masa, un accesorio de exploración, como el clip SMT o el adaptador de pines dual, brinda un punto de conexión alternativo al dispositivo bajo prueba.
Los cables en espiral no limitan el ancho de banda de la sonda y brindan una excelente conectividad justo en el punto donde se debe de realizar la medición.
Configuración de las mediciones en las líneas de alimentación en DDR4
Para obtener mediciones realistas en la fuente de poder de una memoria DDR se requiere un sondeo lo más cercano posible al componente DDR. Los cables en espiral son la opción correcta para dichas mediciones. Una configuración típica (cuando la memoria DDR es controlada por un FPGA) es usualmente denominada como una medición de «spyhole». Un pin FPGA sin usar se utiliza para sondear el voltaje del núcleo DDR directamente del interior del FPGA. Este pin de E/S es llevado al voltaje de alta o baja del núcleo DDR y es sondeado externamente con la sonda Power Rail. Generalmente, este es el punto más cercano posible donde se puede sondear la fuente de poder. 1)
Métodos de medición con el osciloscopio
Existen dos métodos para medir la ondulación y el ruido residual en una línea de alimentación de CC 1):
Mediciones de ondulación residual en una fuente de poder de 1.2 V de DDR4 y verificación precisa del nivel de CC con el R&S®ProbeMeter, un voltímetro de CC integrado al cabezal de la sonda.
Cargar medición de respuesta de una fuente de poder DDR4 durante la fase de inicialización de la memoria DDR.
Para realizar mediciones de ondulación y ruido en líneas de alimentación de manera precisa se requiere de un osciloscopio con un gran ancho de banda y una sonda especial para realizar mediciones con bajo ruido y tener la capacidad de desfase para acercarse al voltaje de CC. La sonda Power Rail R&S®RT-ZPR20, así como los osciloscopios R&S®RTE y R&S®RTO son excelente herramientas para estas mediciones.
1) «7 Series FPGAs PCB Design Guide», UG483 (v1.12), Xilinx, 10 de enero de 2017 en www.xilinx.com
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