基于DDR4高速并行总线的眼图分析

发布时间：2017-09-30 00:25

  本文关键词：基于DDR4高速并行总线的眼图分析

  更多相关文章： 信号完整性 高速并行总线 DDR4 眼图

【摘要】：随着电子产业的发展,串行总线的应用越来越广泛,但是并行总线仍然有不可取代的地位。传统的低速并行总线设计中,互连只需要保证物理上的连通与逻辑功能上的实现即可,但是现在的并行总线单通道的速度已达每秒数吉比特,高速脉冲的频谱已进入微波、毫米波波段,与之对应的信号完整性问题也越来越明显。设计人员将不得不对这些由互连引起的问题做详细的评估。通常用于评估互连性能的工具有两种:最坏眼图以及误码率眼图。但是,为了得到这两种眼图,以往的设计过程中设计人员往往需要通过大量的伪随机码的仿真,这无疑是一种费时费力的方式。在所有的并行总线中,双倍数据率同步动态随机存取存储器(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory,DDR SDRAM)的并行总线的传输速率最高,暴露出来的信号完整性问题也最明显。因此本文以第四代DDR SDRAM(即DDR4)高速并行总线为例,介绍了两种针对并行总线眼图求解的快速算法。由于本文基于DDR4系统,因此首先介绍了历代DDR系统的一些基本参数,包括拓扑结构,时钟频率,接口逻辑电平等。除此之外介绍DDR并行总线中面临的一些信号完整性问题,包括抖动、串扰以及误码率。针对抖动,详细介绍了DDR总线中主要考虑的两种抖动:码间干扰和占空比失真。介绍了眼图这一信号完整性工程师的利器,并且详细说明了最坏眼图的成因。同时,通过数学公式推导出了系统误码率与接收器抖动和噪声之间的关系,利用浴盆曲线详细解释了误码率眼图的成因。本文详细介绍了两种计算并行总线眼图的算法,分别是用于计算并行总线最坏眼图的矩阵法以及计算总线误码率眼图的单位脉冲响应法。矩阵法是对多边沿响应法的改进,矩阵法通过将多个边沿响应波形分组叠加,叠加之后在每个单位间隔内取最坏影响的方式将多边沿响应法应用于实际,使快速时域仿真法可以应用于非线性系统,并且提高了最坏眼图的仿真精度。通过将矩阵法求出的最坏眼图与最大失真分析法求得的最坏眼图进行对比,证明了矩阵法的精度高于传统的最大失真分析法。而单位脉冲响应法则基于线性叠加系统,首先通过Hspice仿真得出系统的边沿响应,将边沿响应合成为单位脉冲响应,利用不同光标位之间的相互叠加快速求得系统的误码率眼图,并开发出了基于Matlab用户图形界面(Matlab Graphical User Interface,Matlab-GUI)的仿真软件。通过与双边沿响应法的结果对比验证了该算法的正确性。以上两种算法思想不仅可以用于DDR4并行总线,还可以应用于其他的高速并行总线。
【关键词】：信号完整性 高速并行总线 DDR4 眼图
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-18
• 第一章 绪论18-22
• 1.1 问题研究的背景—并行总线的信号完整性问题18-19
• 1.2 高速并行总线信号完整性设计的难点19-20
• 1.3 本文研究内容20
• 1.4 论文组织结构20-22
• 第二章 高速DDR内存结构与接口22-36
• 2.1 DDR内存发展简介22-23
• 2.2 DDR总线的拓扑结构简介23-26
• 2.2.1 点对点拓扑23
• 2.2.2 菊花链拓扑23-24
• 2.2.3 星形拓扑24
• 2.2.4 树形拓扑24-25
• 2.2.5 远端簇形25-26
• 2.3 各代DDR的信号完整性参数26-28
• 2.4 Bank、Rank及内存模块28-29
• 2.4.1 Bank28-29
• 2.4.2 Rank29
• 2.4.3 内存模块Raw Card29
• 2.5 接口逻辑电平29-32
• 2.5.1 桩线串联端接逻辑电平SSTL29-32
• 2.5.2 高速无端接逻辑电平HSUL_1232
• 2.5.3 伪漏极开路逻辑电平POD32
• 2.6 片上端接ODT32-35
• 2.7 写入校准（Write Leveling）与读取校准（Read Leveling）35-36
• 第三章 影响DDR总线的信号完整性因素36-50
• 3.1 抖动（Jitter）36-40
• 3.1.1 抖动简介36-37
• 3.1.2 抖动分类37
• 3.1.3 抖动直方图37
• 3.1.4 数据相关性抖动37-40
• 3.2 误码率（Bit Error Rate, BER）40-41
• 3.3 串扰41-42
• 3.4 眼图42-50
• 3.4.1 传统的眼图42-44
• 3.4.2 误码率眼图44-50
• 第四章 DDR4并行总线的眼图求解50-72
• 4.1 非线性系统的最坏眼图求解50-59
• 4.1.1 多边沿响应法简介50-53
• 4.1.2 仿真平台53-54
• 4.1.3 非线性系统边沿响应波形的处理54-55
• 4.1.4 解向量55-56
• 4.1.5 矩阵法求最坏影响56-59
• 4.1.6 矩阵法的缺陷59
• 4.2 基于单位脉冲响应的误码率眼图求解方法59-72
• 4.2.1 误码率的实用性59-60
• 4.2.2 合成单位脉冲响应60-61
• 4.2.3 定起点与划分光标61-63
• 4.2.4 计算ISI63-66
• 4.2.5 计算进攻线的串扰66
• 4.2.6 计算误码率眼图66-67
• 4.2.7 接收端的处理67-72
• 第五章 软件介绍与成果对比72-80
• 5.1 软件成果简介72-74
• 5.2 矩阵法求最坏眼图的结果对比74-75
• 5.3 误码率眼图仿真实例分析75-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 作者简介88-89

【参考文献】

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1 向哲,钟玉琢,谷良;超高速存储器RDRAM的原理与应用[J];电子技术应用;1998年04期

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本文编号：945115