21163

Чипы памяти. Проектирование модулей памяти

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Поскольку частота синхронизации внешних и внутренних цепей любого совершенствующегося DRAMинтерфейса постоянно увеличивается особое внимание должно уделяться целостности цифрового сигнала: его логическим уровням фоновым шумам шумам коммутации терминированию топологии сигнальных трасс рассеиваемой мощности терморегуляции и уменьшению влияния ЭМИ. Электромагнитная интерференция Высокие частоты критические условия большие значения силы тока прохождение и ветвление сигнальных трасс все это способствует возникновению самого опасного...

Русский

2013-08-02

43.5 KB

4 чел.

Чипы памяти. Проектирование модулей памяти.

Модули памяти DRAM выпускаются в виде: DIP (dual in-line package), SOJ (small outline J-lead) и TSOP (thin, small outline package). DIP – это микросхема с двумя рядами выводов по обе стороны чипа и впаиваемая этими контактами в небольшие отверстия в печатной плате. Изначально, модули DIP устанавливались непосредственно в материнскую плату. Однако, в настоящее время, они используются в первую очередь в кэше второго уровня и вставляются в панельки, припаянные к материнской плате. SOJ — это «тот же DIP, вид сбоку», потому что их выводы просто загнуты на концах, как буква «J». Чипы типа TSOP отличаются небольшой толщиной и имеющие контакты, выведенные во все стороны.

Теоретически, каждый чип по выходу с производственной линии должен быть проверен на надежность и быстродействие в соответствии со спецификацией. Чипы, показавшие устойчивую работу на всех тестах, относятся к классу А (независимо от быстродействия), чипы с небольшими дефектами будут отнесены к классу С, а чипы имеющие значительные дефекты обычно уничтожаются.

Чипы класса А наиболее надежны и считаются чипами высшего качества. Они также являются наиболее дорогими, потому что обеспечивают устойчивую работу в любых условиях. Чипы класса С применяются в устройствах, не столь требовательных к системной памяти, например в пейджерах, калькуляторах и в другой бытовой технике. Некоторые производители дополнительно применяют другую классификацию для идентификации чипов. Производители наносят на каждую микросхему маркировку, включающую название производителя, конфигурацию чипа, скорость доступа и дату производства.

Основным и, пожалуй, единственным способом расширения пропускной способности цифрового канала является увеличение его частоты функционирования и ширины (разрядности) шины.

Совместно повышать частоту следования синхроимпульсов и увеличивать разрядность шины памяти невозможно, поскольку с увеличением разрядности встает проблема интеграции микросхем, а как следствие — проблема подавления помех: «широкие» шины означают, что большее количество сигналов будет переключаться одновременно, а значит, генерироваться больше высокочастотных (ВЧ) шумов. В результате нужно прибегать к малоприятным «изощрениям» вроде перекашивания сигналов в соседних разрядах, чтобы уменьшить перекрестные помехи и вытекающий отсюда эффект шумового «каскадирования», общий уровень которого может быть абсолютно неприемлем.

Поскольку частота синхронизации внешних и внутренних цепей любого совершенствующегося DRAM-интерфейса постоянно увеличивается, особое внимание должно уделяться целостности цифрового сигнала: его логическим уровням, фоновым шумам, шумам коммутации, терминированию, топологии сигнальных трасс, рассеиваемой мощности, терморегуляции и уменьшению влияния ЭМИ.

Электромагнитная интерференция

Высокие частоты, критические условия, большие значения силы тока, прохождение и ветвление сигнальных трасс — все это способствует возникновению самого опасного «врага» цифровой электроники — ЭМИ, электромагнитной интерференции (EMIElectro Magnetic Interference), величина которой прямо пропорциональна произведению действующего значения силы тока на квадрат частоты. На практике, при коммутации, приближающихся к порогу сверхвысоких частот (начиная с 350 МГц) зависимость больше приближается к кубической.

Имеется две формы ЭМИ: общая форма излучения (Common Mode Radiation) и дифференциальная форма излучения (Differential Mode Radiation). Первая характеризует локализованные шумы относительно «земли», вносимые трассами ввода-вывода, потому    как длинный кабель ведет себя как антенна. Дифференциальная форма является результатом токовых петель, формирующихся между сигнальными трассами и трассами земли. Эти петли ведут себя как магнитные антенны и полностью зависят от собственной длины, общий уровень рассеиваемой энергии которых может быть достаточен для превышения требований, выдвигаемых комитетом стандартизации электронных компонентов (FCCFederal Communication Committee).

В результате появился ряд рекомендаций, которые нужно выполнять для снижения уровня ЭМИ:

■ применять сплошное заземление и питающее основание, избегая разделения трасс питания и «экрана». Разделение создает целую совокупность токовых петель, увеличивая значение общего уровня излучения. При этом стараться никогда не прибегать к взаимной направленности сигнальных трасс (особенно тактовых) с линиями заземления (экран)

■ как можно более точно локализовать импеданс (волновое сопротивление, Z0) печатных трасс, нарушение чего способствует возникновению эмиссий. Направленность сигнальных линий требует особой осторожности в их разводке, что приводит к уменьшению общих потерь уровня сигнала, его затухания, шумового фона и влияния сторонних ЭМИ

■ располагать подсистему памяти на расстоянии не менее 6,25 см (2,5 дюйма) от разного рода коннекторов ввода-вывода (то есть последовательных, параллельных портов, разъемов под клавиатуру, монитор). Это снижает уровень общего фона интерференции. Кроме этого, специальные методы изоляции также помогают решать подобные проблемы

■ применять емкостные накопители линий питания для источников синхроимпульсов (внешних или внутренних). Размещение подобных емкостей — ключевой момент в уменьшении эмиссий от корпуса микросхемы тактового генератора. Все емкости должны находиться как можно ближе к выводам питания. Номиналы емкостей должны подбираться исходя из резонансной частоты тактового генератора.

■ минимизировать длину сигнальных трасс, по которым распространяются большие частоты, что уменьшает размер токовых петель и влияние интерференции. Ширина трассы не влияет на ЭМИ, если речь не идет о диапазоне СВЧ — в противном случае требуются более жесткие калькуляции топологии и геометрии сигнальных трасс

■ включать в цепь тактовых генераторов RC-фильтры для контроля нарастания/спада синхроимпульсов. Большие длительности фронтов являются результатом низких эмиссионных частот. Контролирование этих процессов должно происходить по возможности без нарушений общих таймингов (временных схем)

■ внимательно относиться к степени упаковки и плотности размещения внешних выводов микросхемы. Выводы питающего напряжения должны примыкать к выводам заземления. Линии питания должны локализоваться, уменьшая влияние петель питающих мощностей. Когда используется внутренняя цепь ФАПЧ для генерирования тактовых импульсов для канала, значительного снижения влияния ЭМИ можно добиться реализацией локального примыкания параллельных выводов питание-земля друг к другу

■ стараться по возможности применять дифференциальный протокол, поскольку самое «больное» место синхроимпульса — это переход активного уровня. В случае использования дифференциальных сигналов, можно добиться значительного улучшения таймингов памяти. Переход тактового импульса четко определен на пересечении (в средней точке) двух дифференциальных сигналов, каждому из которых достаточно лишь половины уровня перехода недифференциального синхроимпульса, что делает возможным минимизировать перекос и переключение между активными уровнями

■ применять спектральную модуляцию тактового импульса (SSCSpread Spectrum Clock). Это позволяет равномерно распределить ничтожно малые значения общего фона излучения по всему частотному спектру путем модулирования сигнала в частотном диапазоне нескольких десятков килогерц (например, 30-33 КГц, как это делается в Direct RDRAM). Небольшие специфические девиации позволяют удерживать сдвиг «синхросигнала» по временной оси не более чем на 1 пикосекунду (ps)

■ вводить новые сигнальные протоколы — низкий уровень сигнала, пусть даже не понижающий потребляемую мощность, снижает влияние ЭМИ

Топология печатных плат

Следующий вопрос — это правильность разводки сигнальных трасс по печатной плате будущего модуля памяти. Хотя, в принципе, эта проблема одинаково актуальна для производства материнских плат, видеоадаптеров, звуковых и интерфейсных плат, а также имеет огромное значение для культуры производства.

Для модулей памяти, монтаж компонентов может производиться как с одной, так и с обоих сторон. Рекомендуется встречное направление минимальной и максимальной длин сигнальных трасс для улучшения условий балансировки. Емкостные и резистивные развязки для приборов DRAM должны монтироваться в непосредственной близости от энергетических выводов — один из способов уменьшения влияния дифференциальной формы ЭМИ, возникающей вокруг сигнальных трасс в виде токовых петель. Кроме этого рекомендуется по периметру модуля на внутренних сигнальных и энергетических слоях создавать экранирующие кольца как можно большей ширины, где позволяет топология.

В общем, для модулей принято разделять линии сигналов на топологические группы. Такое разделение введено потому, что разные сигнальные категории имеют собственные топологии. В модуле SDR/DDR SDRAM DIMM существует пять сигнальных категорий:

синхрогруппа. Должна разводиться, исходя из требований максимальной синхронизации тактовых сигналов системы и модуля с минимальным перекосом, для чего ее топология электрически закольцована;

группа данных. Основана на сбалансированной топологии типа «Т». Для нее регламентировано ограничение по нагрузке 10 Ом на вход каждой линии, где длина сигнальной трассы подразделяется на две подкатегории длин дросселей развязки: исходя из общей длины трассы между выводом микросхемы памяти и системного контроллера, рекомендуется минимальная длина на модуле DIMM и максимальная для трассы на материнской плате (согласно спецификации, максимум — 7,5 см);

 группы маскирования. Предусматривает топологию разветвления типа «Y» в каждом сигнальном слое (подгруппа 1) и топологию типа «звезда» (подгруппа 2);

 группы выбора микросхемы и разрешения синхронизации основываются на сбалансированной топологии комбинирования — «combo»;

 группа контроля и адресации представляет сбалансированную схему двухсторонней комбинированной топологии — «double-side comb».

 

Для реализации цифрового тракта используются традиционные правила разводки печатной платы: применение стандартных материалов и ±15% допуски на обработку. Для того, чтобы гарантировать «чистый» сигнал с фронтами менее 2 нс, проектировщики должны строго соблюдать направление сигнальных трасс, их длину, ширину, полное сопротивление и емкостные нагрузочные характеристики, устанавливаемые требованиями конкретного канала. Ширина диэлектрического слоя между сигнальным и экранирующим слоями, а так же монтажный «зазор» между приборами памяти являются наиболее важной факторизацией в сохранении канала с однородным полным сопротивлением и нагрузочными характеристиками емкостной составляющей.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10197. От досократиков к Аристотелю: основные проблемы и теоретическая необходимость 755 KB
  От досократиков к Аристотелю: основные проблемы и теоретическая необходимость Ранее были представлены вводные замечания и мы можем двигаться производя примерный хронологический обзор различных предыдущих эпох мысли или практик повлиявших на развитие психологиче...
10198. Краткий обзор представление о нравственности в религии 64 KB
  Краткий обзор представление о нравственности в религии План. 1. Введение. Современность о религии и этике 2. Отношение религии к философии и науке. Премудрость и ее два вида Отношение к ее видам в различные времена 3. Краткий исторический обзор религии в отношении ...
10199. Сократ, Платон и Аристотель 705.5 KB
  Сократ Платон и Аристотель Соответствующий контраст между позицией софистов и тем что Сократ вытолкнувший классический период греческой мысли предложил явный объективный идеализм и позицию косвенного реализма впрочем и аналогичные воззрения Платона и Аристотеля...
10200. Вычисление арифметических выражений. Структура следования 50 KB
  Тема: Вычисление арифметических выражений Структура следования Цель работы: освоить линейную алгоритмическую структуру а также работу команд в данной структуре. Образец решения задач. Задача № 1. Найти и выдать на печать значение выражения: Анализ постановки за
10201. Психолого-педагогическое сопровождение застенчивых детей старшего дошкольного возраста в группе ДОУ 307.5 KB
  Застенчивые люди испытывают большие трудности в установлении межличностных контактов; пассивны в деятельности и жизнедеятельности в целом; чрезмерно озабочены оценкой себя другими людьми; более зависимы от других, ранимы, внушаемы, поддаются давлению со стороны окружения
10202. Организация циклов. Алгоритмическая структура циклов 50.5 KB
  Лабораторная работа № 3 Тема: Организация циклов Цель работы: освоить алгоритмическую структуру цикл а также работу команд в данной структуре. Образец решения задач. Задача № 1. Напишите программу печати таблицы перевода расстояний из километров в метры для значен
10203. Работа с простой переменной. Алгоритмы целочисленной арифметики 58 KB
  Лабораторная работа № 4 Тема: Работа с простой переменной. Алгоритмы целочисленной арифметики Цель работы: освоить работу с простой переменной и алгоритмами их обработки при решении задач целочисленной арифметики. Типовые алгоритмы обработки простой переменной Р
10204. Подпрограммы. Процедуры и функции 35 KB
  Лабораторная работа № 5 Тема: Подпрограммы. Процедуры и функции Цель работы: отработать навыки использования подпрограмм процедур и функций при написании программного кода. Образцы решения задачи. Задача № 1. Определить количество и сумму цифр в числе. Анализ по...
10205. РАЗВИТИЕ ВНИМАНИЯ СТАРШИХ ДОШКОЛЬНИКОВ В ИГРОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 527.5 KB
  В дошкольном возрасте эти изменения касаются всех видов и свойств внимания. В целом, ребенок становится более сосредоточенным, у него появляется способность распределять внимание между различными предметами и переключаться с одного сложного объекта на другой.