PCB的DDR4布線指南和PCB的架構(gòu)改進

計算機領(lǐng)域總是在持續(xù)不斷地進步，始終有發(fā)展變化和更新迭代等待著我們?nèi)ンw驗和探索。從頭開始打造一臺新的 PC 是一種令人愉悅的體驗，有新一代標(biāo)準(zhǔn)時更是如此。說到這里，我們不得不提到有關(guān)隨機存取存儲器 (RAM) 的話題。具體來說是 DDR4 RAM，這恰好是市場上目前的標(biāo)準(zhǔn)。RAM 的重要性眾所周知，如果我們問到任何計算機或網(wǎng)絡(luò)工程師，他們都會表示擁有再多的 RAM 也不為過。

基于 DDR4 實現(xiàn)的 PCB 架構(gòu)改進

如上所述，計算機技術(shù)領(lǐng)域的格局不斷發(fā)展變化。隨著新標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，設(shè)備架構(gòu)需要作出相應(yīng)調(diào)整。這一表述同樣適用于從 DDR3 到 DDR4 的代際標(biāo)準(zhǔn)變化。

隨機存取存儲器的這些進步也顯著提升了整體性能。因此，想要利用最新的 RAM，就需要改變 PCB 設(shè)計；正如 USB 標(biāo)準(zhǔn)從 USB 2.0 發(fā)展到 USB 3.0 時一樣。隨著市場對更強處理能力、更佳性能和更高級功能的需求不斷推動行業(yè)的發(fā)展，這些類型的改變是持續(xù)且必要的。

盡管大多數(shù)人不會注意到或看到 PCB 設(shè)計所需的架構(gòu)變化，但這并沒有降低這些關(guān)鍵變化的重要性。

1. 實現(xiàn) DDR4，PCB Layout 需要作出什么改變？

雙倍數(shù)據(jù)速率 4 （Double Data Rate 4）簡稱 DDR4，有兩種不同的模塊類型。其中一種模塊類型是小型雙列直插式內(nèi)存模塊（260 個引腳），簡稱 So-DIMM，用于筆記本電腦等便攜式計算設(shè)備。另一種模塊類型是雙列直插式內(nèi)存模塊（288 個引腳），簡稱 DIMM，用于臺式機和服務(wù)器等設(shè)備。

因此，架構(gòu)的第一個變化當(dāng)然是引腳數(shù)所致。上一迭代 (DDR3) 的 DIMM 使用 240 個引腳，So-DIMM 為 204 個引腳。而前文提到的 DDR4 的 DIMM 使用 288 個引腳。隨著引腳或觸點的增加，DDR4 提供更大的 DIMM 容量、更好的數(shù)據(jù)完整性、更快的下載速度和更高的能效。

各種類型的 DDR RAM 芯片

與這種整體性能改進一同出現(xiàn)的還有一種彎曲設(shè)計（底部），可以實現(xiàn)更好、更安全的連接，并提高安裝過程中的穩(wěn)定性和強度。此外，臺架測試證明，DDR4 使性能提升了 50%，最高可達 3,200 MTs（每秒兆傳輸率）。

而且，這些性能提升是在降低功耗的情況下實現(xiàn)的：每個 DIMM僅耗費1.2 伏，而不是上一代標(biāo)準(zhǔn)要求的 1.5 至 1.35 伏。所有這些變化意味著 PCB 設(shè)計人員必須重新評估設(shè)計方法來實現(xiàn) DDR4。

2. PCB DDR4 設(shè)計指南

如果我們希望電子設(shè)備或元件以最佳水平運行，則需要精準(zhǔn)的 PCB 設(shè)計，其中包括 DDR4 的實現(xiàn)。這一點很好理解。除了需要設(shè)計精度之外，還必須符合當(dāng)今的內(nèi)存。

PCB 設(shè)計人員也必須考慮各種其他因素，例如空間分配和關(guān)鍵連接。還需要管理初始設(shè)計階段，因為想要成功實施，設(shè)計必須滿足布線拓撲和設(shè)計規(guī)范。

為了有效管理數(shù)據(jù)，PCB 應(yīng)遵循布線和最佳實踐 (PCB)，否則會導(dǎo)致若干問題，包括易感性和輻射發(fā)射。PCB 設(shè)計人員還應(yīng)該利用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)來實現(xiàn)大規(guī)模扇出和高邊緣速率，以保持低誤碼率和 1.6 至 3.2 Gbps 的數(shù)據(jù)范圍。同樣，如果沒有適當(dāng)?shù)脑O(shè)計技術(shù)，我們的 PCB 將遇到信號完整性問題并導(dǎo)致串?dāng)_和由此產(chǎn)生的（過度）抖動。

3. DDR4 布線指南以及長度和間距規(guī)則

在 PCB 設(shè)計中，想要實現(xiàn)最佳布線路徑，需要正確放置 DIMM 連接器和正確使用內(nèi)存芯片。一般來說，DDR4 SDRAM 需要更短的布線和適當(dāng)?shù)拈g距，以實現(xiàn)峰值時序和最佳信號完整性。PCB 設(shè)計人員還應(yīng)在相關(guān)信號組中進行引腳交換。此外，在實現(xiàn)過程中，應(yīng)避免信號布線位于空隙處、信號層布線彼此相鄰以及參考平面分割。

同時，如果可以的話，我們還應(yīng)該在電源層或適當(dāng)?shù)慕拥?(GND) 之間進行存儲器接口信號布線。此外，可以通過在同一層的同一字節(jié)通道組中進行 DQ（輸入/輸出數(shù)據(jù)）、DQS（數(shù)據(jù)選通）和 DM（數(shù)據(jù)掩碼）信號布線來幫助減少或消除傳輸速度差異。與 DQS 信號相比，時鐘信號的傳播延遲更長，因此時鐘信號的走線長度通常需要比雙列直插式內(nèi)存模塊中最長的 DQS 走線更長。

最后，我們必須牢記，每個電路板堆疊都是不同的，間距要求也是如此。因此，必須利用場求解器 (如Cadence Clarity? 3D Solver) 在臨界信號之間建立低于 -50dB 的串?dāng)_。請注意：從時鐘到 DQS 沒有長度要求，但是從時鐘到命令/控制/地址有長度要求。長度要求取決于材料的 Dk（介電常數(shù)）和每個 SDRAM 的負載。

4. DDR4 層分配和數(shù)據(jù)通道參考

可以將 DQS、DQ 和 DM 網(wǎng)絡(luò)分配給堆疊中任何可用的內(nèi)部帶狀線層。而地址/命令/控制和時鐘應(yīng)在更靠近 SDRAM 的層上進行布線，以最大限度地減少過孔耦合。

地址/命令/控制 SDRAM 過孔應(yīng)該在每個 SDRAM 處添加連接到接地的過孔（陰影過孔），以減少過孔耦合。

此外，地址和控制參考電源層或接地取決于控制器。需要注意的是，DIMM 有地址和控制參考電源層，而板載 BGA（球柵陣列）很少有地址和控制參考電源層。

DDR4 會給設(shè)計增添大量的復(fù)雜性，但遵守指南可以緩解這種情況

DDR4 與上一代標(biāo)準(zhǔn) (DDR3) 一樣，在實現(xiàn)時需要新的設(shè)計方法。顯然，為了適應(yīng)升級后的性能，設(shè)計要求有所變動，這是創(chuàng)新的副作用。然而，遵循正確的設(shè)計和拓撲技術(shù)可以最大程度地利用這一當(dāng)代的新標(biāo)準(zhǔn)來提升性能。

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文章來源： Cadence楷登PCB及封裝資源中心

審核編輯 黃宇