DDR 記憶體電源完整性驗證：使用 R&S 探棒與示波器進行漣波與雜訊量測
- Sonya Chan
- 10月5日
- 讀畢需時 4 分鐘
對於搭載 DDR 記憶體的嵌入式裝置而言，在電源與接地軌道波動的情況下維持訊號完整性，是一項關鍵的挑戰，隨著供應電壓的降低與交換速度的提升，這項挑戰變得更加重要，並導致更為嚴格的電源軌公差與抖動要求。
DDR 記憶體電源完整性驗證任務
電源分配網路（Power Distribution Network）的穩定性，對於採用 DDR 記憶體介面的嵌入式設計至關重要，相較於 DDR3 記憶體所能容忍的 75 mV (Vpp) 漣波，DDR4 記憶體的要求已降低至僅 60 mV (Vpp)，並且未來可能進一步縮減，電源分配網路上的漣波與雜訊，會對時脈與資料的抖動產生負面影響，並直接衝擊資料傳輸效能，因此，對搭載 DDR 記憶體的嵌入式設計進行電源分配網路的品質驗證，是一項極為關鍵的任務。
Rohde & Schwarz 解決方案
R&S®RT-ZPR20 電源軌探棒是一款專為在電源軌上進行極低雜訊量測而設計的示波器探棒，這款主動式 1:1 探棒具備整合式偏壓功能，讓您可以放大檢視疊加在電源軌電壓上的漣波，它可與 R&S®RTE 及 R&S®RTO 示波器相容，僅為示波器增加 10 % 的雜訊，從而實現對漣波與雜訊成份的精準量測，該探棒具備 2 GHz 的頻寬，能夠觀測到耦合至電源軌的高頻暫態或非預期的射頻（RF）訊號，由於其緩慢的頻率滾降特性，即使是 2.4 GHz 頻段的訊號也能夠涵蓋，僅有輕微的額外衰減，在 50 kΩ 的直流阻抗下，此探棒的阻抗遠高於直接的同軸電纜連接，因此不會對電源分配網路造成顯著的負載效應。
使用探棒驗證電源供應的直流準位
直流供應電壓的準確性，可以透過 R&S®ProbeMeter 輕鬆進行驗證，這是一個整合在探棒頭部的高精度直流電壓錶，它提供了 0.1 % 的直流準確度，不受偏壓電壓設定的影響，也免除了使用獨立直流電壓錶的需求，350 MHz 的瀏覽探棒延伸配件，讓檢查印刷電路板（PCB）上的所有電源軌成為一項輕鬆的任務，當使用接地彈簧進行量測不便時，諸如 SMT 夾或雙腳轉接頭等瀏覽探棒配件，則提供了另一種連接至待測物（DUT）的方式。
設定 DDR4 電源軌量測
要在 DDR 記憶體的電源供應上進行真實的量測，需要在盡可能靠近 DDR 元件的位置進行探測，豬尾纜線（Pigtail cables）正是此類量測的正確選擇，一個典型的設定（當 DDR 記憶體由 FPGA 驅動時）是所謂的探測孔（spyhole）量測，利用一個未使用的 FPGA 接腳，直接從 FPGA 內部探測 DDR 的核心電壓，接著將此 I/O 接腳驅動至高或低的 DDR 核心電壓，並在外部使用電源軌探棒進行探測，這通常是能夠探測到電源供應的最接近位置 ¹⁾。
示波器量測方法
有兩種方法可用於測試直流電源軌上的殘餘漣波與雜訊 ¹⁾：
使用無限餘輝模式來擷取並顯示所有的雜訊事件，當結合自動 Vpp 量測與統計顯示時，便能輕易地量測到最大雜訊電壓，如果使用具備快速更新率的示波器，例如 R&S®RTO 或 R&S®RTE（可擷取 100 萬 次波形/秒），就能在數秒內獲得可靠的量測結果。
將示波器置於單次或正常觸發模式，並針對一個已知的干擾源事件進行觸發，對於 DDR 記憶體的電源供應而言，這些事件通常是在 DDR 初始化階段或壓力測試期間的負載響應量測。
總結
在電源軌上進行精準的漣波與雜訊量測，需要一台高頻寬的示波器，以及一支專用的探棒，以執行低雜訊量測，並提供放大檢視直流電壓上微小訊號所需的偏壓能力，R&S®RT-ZPR20 電源軌探棒以及 R&S®RTE 與 R&S®RTO 示波器，是執行此類量測的卓越工具。
¹⁾ “7 Series FPGAs PCB Design Guide“, UG483 (v1.12), Xilinx, 2017年1月10日，網址：www.xilinx.com
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