DDR2/3信号和协议测试分析方案
－BJLK
目前在计算机主板和各种嵌入式的应用中，DDR3已经逐渐要取代DDR2成为市场的主流。
DDR3相对于DDR2的主要优势再有更高的数据速率和更低的功耗，例如DDR2的数据速率最高到800MT/s，DDR3的最高数据速率可以到
1600MT/s，而在有些嵌入式的应用中还有可能使用更高速率，因此对于设计和测试都提出了更高的要求。
DDR2/3信号测试分析方案
为了进行可靠的探测，对于示波器器和探头的要求也非常高。
对于DDR3的信号，由于JEDEC 没有给出信号上升/下降时间的参数，因此用户只有根据使用芯片的实际最快上升/下降时间来估算需要的示波器带宽，对于DDR3的信号，20 - 80%的上升时间大约在80~120ps左右。
对于传统的高斯频响的示波器，为了保证测量精度，通常需要示波器带宽是被测信号带宽的3～5倍，而对于Agilent 的90000系列示波器，由于其优异的类似砖墙的频响特性，可以保证带内比较好的平坦度，因此可以使用以下公式： Scope bandwidth required = 1.4x maximum signal frequency for 3% accuracy measurements Scope bandwidth required = 1.2x maximum signal frequency for 5% accuracy measurements Scope bandwidth required = 1.0x maximum signal frequency for 10% accuracy measurements 根据这个公式计算出来的示波器带宽通常都在4~8GHz，因此对于DDR3信号的测试，通常推荐的示波器和探头的带宽在8GHz 。
对于DDR2和DDR3信号的测试，除了我们所熟知的双边沿采样以外，最主要的挑战在于2个方面，第一是如何进行读写信号的分离，第二是JEDEC 规定了很多DDR3的参数，如何进行方便可靠的测量。
下面分别进行介绍：
1、读写信号分离
我们知道，要验证信号的质量，有一个很有效的方法就是使用示波器的眼图测量功能，即用时钟做触发对数据信号进行累积，看累积结果的最差情况是否在可以容许的范围内。
但是遗憾的是，想用这种方法直接测量DDR 的信号质量非常困难，因为DDR 信号读写时序是不一样的。
如下图所示：
我们可以看到，写数据（DQ ）的跳变位置对应着锁存信号（DQS ）的中心，而读数据的跳变位置却对应着锁存信号的边沿，而且总线上还有三态，因此如果直接用DQS 触发对DQ 累积进行眼图测量的话，会得到下图的结果：
我们看到，由于信号的读写和三态都混在一起，因此很难对信号质量进行评估。
要进行信号的评估，第一步是要能把读写信号分离出来。
传统上有几种方法用来进行读写信号的分离，但都存在一定的缺点。
可以用读写Preamble 的宽度不同用脉冲宽度触发，如下图左边，但由于JEDEC 只规定了Write Preamble的宽度的下限，因此不同芯片间Preamble 的宽度可能是不同的，而且如果read/write的Preamble 的宽度一样的话就不能进行分离了。
也可以用读写信号的幅度不同进行分离，如下图中间，但是如果读写信号幅度差别不大也不适用。
还可以根据RAS 、CAS 、CS 、WE 等控制信号来分离读写，如下图右边所示，但这种方法要求通道数多于4个，只有带数字通道的MSO 示波器才能满足要求。
Agilent 最新推出的9000系列示波器可以实现带宽到4GHz 的但是MSO ，所以可以用于DDR2和一部分DDR3的测试，但对于高速的DDR3信号的测量还是需要更高带宽的90000系列示波器。
为了进行可靠的读写分离，Agilent 的Infiniium 系列示波器提供了一种叫InfiniiScan 的功能，可以通过区域（Zone ）定义的方式把读写数据可靠分开。
如下图所示：
根据读写数据的建立保持时间的不同，Agilent 独有的InfiniiScan 功能可以通过在屏幕上画出几个信号必须通过的区域的方式方便地分离出读/写数据，并进一步进行眼图的测试。
如下图所示是写信号的眼图。
用同样方法也可以把读信号的眼图分离出来。
除了形成眼图外，我们还可以利用示波器的模板测量功能对眼图进行定量的分析，如下图所示，用户可以根据JEDEC 的要求自行定义一个模板对读/写信号进行模板测试，如
果模
板测试fail ，还可以利用Agilent 示波器提供的模板定位功能定位到引起fail 的波形段。
2、 DDR3参数的测量
由于JESD 79-3规定了很多DDR3的参数，这些参数的测量如果全靠手工来做，非常耗时耗力，很多用户要完成DDR3的手工测试需要好几天的时间。
因此Agilent 提供了全自动的U7231A DDR3一致性测试软件。
以下是测试软件可以完成的测试项目。
这个软件的使用也非常简便，如下图所示，用户只需要顺序选择好测试速率、测试项目并根据提示进行连接，然后运行测试软件即可。
软件运行后，示波器会自动设置时基、垂直增益、触发等参数并进行测量，测量结果会汇总成一个html 格式的测试报告，报告中列出了测试的项目、是否通过、spec 的要求、实测值、margin 等。
如下图所示：
使用自动测试软件的优点如下：自动化的设置向导避免连接和设置错误；快速的测量和优化的算法减少测试时间；可以测试 JEDEC 规定的速率也可以测试用户自定义的数据速率；独有的自动读写分离技术简化了测试操作；能够多次测量并给出一个统计的结果；能够根据信号斜率自动计算建立/保持时间的修正值。
DDR3 的信号速率比较高，要进行可靠的测量，通常推荐的探头连接方式是使用焊接式探头，而焊接的方式通常拆卸不太方便，而 Agient 的探头前端可以很好地解决这个问题，下图是用 Agilent 的 N5425A+N5426A 探头前端做测试的一个例子。
由于一个 N5425A 可以配 10 个 N5426A，它们之间可以灵活连接。
由于 DDR3 的信号线很多，因此可以把很多 N5426A 焊在常测的信号线上，通过更换 N5425A 和不同 N5426A 之间的连接可以遍历很多的信号，减少了经常焊接的麻烦。
在方便使用的同时 N5425A＋ N5426A 可以提供 12G 的探测带宽，因此可以配合更高带宽的探头放大器和示波器使用。
还有许多情况是很难在 PCB 板上找到相应的测试焊盘，所以 Agilent 还提供了不同种类的 DDR3 的 BGA 探头，通过对板子做 Re－work 把 BGA 的 Adapter 焊接在 DDR3 memory chip 和 PCB 板中间，并把信号引出。
DDR2/3 协议测试分析方案对于协议测试来说，需要用到的仪器是逻辑分析仪，其基本原理是通过相应的探头把被测信号引到逻辑分析仪，逻辑分析仪里再运行解码软件进行协议验证和分析。
对于 DIMM 接口的 DDR2/3 协议测试，可以选择 N4835A 等 Interposer 探头连接逻辑分析仪，对于嵌入式应用的 DDR2/3 的协议测试，可以选择相应的 BGA 探头。
如果有可能设计时事先在板上留测试点的话，也可以选择 Soft-Touch 的连接方式，即事先把被测信号引到一些按一定规则排列的焊盘上再通过相应探头前面的针脚顶在被测点上。
由于 DDR3 的数据速率高达 1.6GT/s，所以对逻辑分析仪的要求也很好，对于 DDR3 的测试，推荐采用16900 逻辑分析仪主机＋16962A 模块的配置方式。
一下是 16962A 模块的主要指标：1/同步采样眼图分析功能(eyeScan,一次可以同时扫描所有通道眼图; 2/EyeScan 等效采样速率:200G/s; 3/最大深存储定时分析速率:8G/s；4/最大状态分析时
钟:2GHz；5/最大触发速率 2G sequency/s。
逻辑分析仪上可以运行相应的 DDR2/3 解码和协议检查工具，以下是 B4622A DDR2/3 解码和协议检查工具提供的自动协议测试功能和最后生成的测试报告。
下图是对总线利用率的统计结果显示。