擴(kuò)展探頭帶寬以提高信號(hào)保真度_高都電子PCB技術(shù)中心_pcb

由于存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜和緊湊，數(shù)據(jù)速率越來(lái)越高，使用BGA探頭探測(cè)DDR DRAM越來(lái)越受歡迎并已成為一種需求。DDR3和DDR4數(shù)據(jù)速率從800MT/s增加到約3200MT/s。存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員正極為關(guān)注當(dāng)前BGA探測(cè)設(shè)計(jì)能否滿足高帶寬要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的信號(hào)保真度。信號(hào)保真度對(duì)于根據(jù)JEDEC規(guī)范進(jìn)行精確DDR一致性測(cè)量非常重要。此外，存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)人員還需進(jìn)行信號(hào)完整性測(cè)量以完成裕量測(cè)試。而且，消除DDR BGA探頭探測(cè)效應(yīng)后的裕量可用于設(shè)計(jì)中容限更低的元器件。本文將介紹一種新的、可擴(kuò)展DDR BGA探頭帶寬的探頭校正方法，以增加信號(hào)完整性測(cè)試的裕量，并最大程度降低DDR BGA探頭引起的誤差。

存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)已呈現(xiàn)出封裝變小、容量增大及功耗降低的趨勢(shì)。設(shè)計(jì)越來(lái)越緊湊，而數(shù)據(jù)傳輸速率則由DDR3提高到DDR4。這需要尺寸更小的嵌入式電路板設(shè)計(jì)，意味著將在更小的電路板空間上放置觸點(diǎn)或連接器以探測(cè)關(guān)鍵的DDR信號(hào)(時(shí)鐘、選通和數(shù)據(jù))，進(jìn)而完成驗(yàn)證和測(cè)試。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，探測(cè)已經(jīng)成為一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在不合適的位置進(jìn)行探測(cè)會(huì)導(dǎo)致反射和測(cè)量結(jié)果失真。在系統(tǒng)中誤放置探頭會(huì)增加系統(tǒng)負(fù)荷及影響信號(hào)保真度，并將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換速率、上升時(shí)間、建立和保持時(shí)間等測(cè)量誤差。為幫助克服這一探測(cè)挑戰(zhàn)，工程師目前采用DDR BGA探測(cè)。DDR BGA探頭所設(shè)計(jì)的獨(dú)占空間(KOV)很小，在尺寸上與DRAM十分接近，并可支持示波器訪問(wèn)存儲(chǔ)器件DRAM中的信號(hào)，以進(jìn)行信號(hào)完整性測(cè)量(圖1)。這一使用模式要求將BGA探頭焊接到系統(tǒng)上，以及將DRAM焊接到BGA探頭上。焊接需要通過(guò)BGA返修臺(tái)完成。BGA探頭兩端的示波器焊盤(pán)提供示波器與焊入式探頭的連接。

DDR BGA探頭支持接近2GHz的標(biāo)稱帶寬。BGA探頭需要接近8GHz的帶寬，以支持DDR3和DDR4達(dá)1600MT/s以上的數(shù)據(jù)速率。使用探頭校正方法稍加補(bǔ)償之后，BGA探頭便能糾正由探頭損耗特性引起的幅度和帶寬損耗。BGA探頭導(dǎo)致的損耗在高數(shù)據(jù)速率(1600MT/s以上)探測(cè)時(shí)更為明顯。以前的探頭校正方法允許用戶通過(guò)波形變換軟件在示波器中應(yīng)用傳遞函數(shù)，以便對(duì)BGA探頭進(jìn)行補(bǔ)償。可以利用BGA探頭和焊入式探頭的S參數(shù)文件構(gòu)建傳遞函數(shù)文件，BGA探頭的S參數(shù)文件可以通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)、時(shí)域反射計(jì)(TDR)或仿真軟件直接測(cè)量獲得。該方法十分高效，但要求用戶熟悉測(cè)量設(shè)備或仿真工具及轉(zhuǎn)換軟件。

使用示波器的最新探頭校正方法支持用戶對(duì)DDR BGA探頭進(jìn)行從探針到示波器的精確交流校準(zhǔn)，且無(wú)需VNA或TDR等其他儀器。示波器通過(guò)輸出一個(gè)快速邊沿來(lái)進(jìn)行交流校準(zhǔn)。Agilent 90000X系列示波器可輸出15ps邊沿來(lái)完整表征VSource、VIn和VOut(其中包括探頭負(fù)載特性)，并且可將測(cè)量所得信息合成到一個(gè)用于DDR BGA探測(cè)設(shè)置的定制校正濾波器。這種方法允許用戶對(duì)BGA探頭上的每個(gè)信號(hào)進(jìn)行探測(cè)校正，并消除因制造變化而產(chǎn)生的探頭特性。

DDR BGA探頭校正程序

要想確定應(yīng)用于單個(gè)探頭的校正，需要對(duì)探頭進(jìn)行定性分析。進(jìn)行DDR BGA探頭校正需要設(shè)置直通夾具，然后使用示波器進(jìn)行交流校準(zhǔn)。使用直通夾具設(shè)置BGA探頭的步驟為(圖2)：將焊珠應(yīng)用于BGA探頭外行的所有接地(VSS)信號(hào)；將焊珠應(yīng)用于BGA探頭上一個(gè)需要探頭校正的信號(hào)；通過(guò)在大塊陶瓷上輕輕摩擦BGA探頭，將焊珠弄平；切下兩塊z軸連接材料(彈性觸點(diǎn))并將其用膠帶粘到直通夾具的兩端，以便在焊珠和直通夾具之間提供接觸；借助顯微鏡，將BGA探頭平整置于直通夾具的頂部。這樣，只有感興趣的信號(hào)接觸傳輸線，且所有接地珠通過(guò)彈性觸點(diǎn)連接到直通夾具的接地端；連接直通夾具與示波器的通道輸入端，并通過(guò)SMA電纜將CAL從示波器饋送到直通夾具；將探頭焊接到BGA探頭上的示波器焊盤(pán)，并連接到一個(gè)通道輸入端。Vin被定義為BGA探測(cè)點(diǎn)上BGA探頭加載的信號(hào)；VOut是BGA探頭輸出的信號(hào)；Vout/Vin校正，探頭輸出端信號(hào)是當(dāng)前信號(hào)的精確表現(xiàn)，與探測(cè)時(shí)完全一致。

可以通過(guò)PrecisionProbe軟件使用安捷倫示波器進(jìn)行交流校準(zhǔn)。PrecisionProbe軟件通過(guò)Infiniinium系列示波器表征和補(bǔ)償定制探頭。PrecisionProbe表征BGA探頭的頻率響應(yīng)(VOut/VIn或VOut/VSrc)，然后生成加載到示波器硬件的定制濾波器，從而確保BGA探頭具有平坦的頻率響應(yīng)。DDR BGA探頭損耗將得到補(bǔ)償，并且示波器能夠?qū)崿F(xiàn)更高的帶寬。除了頻率響應(yīng)(幅度和相位)測(cè)量，PrecisionProbe還提供了交流校準(zhǔn)過(guò)程中生成的阻抗圖，而且?guī)捒刂浦С钟脩羰褂脼V波器移除不期望的高頻噪聲。該探頭校正方法可支持用戶仿真理想探頭，而無(wú)需耗費(fèi)大量的工程時(shí)間和資金來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

DDR技術(shù)低成本和低功耗的優(yōu)點(diǎn)使其在移動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域廣受青睞。由于移動(dòng)行業(yè)呈現(xiàn)出小尺寸、存儲(chǔ)器高數(shù)據(jù)傳輸速率的設(shè)計(jì)和技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)，因此，如果沒(méi)有可以直接訪問(wèn)DRAM焊珠上DDR信號(hào)的器件，存儲(chǔ)器驗(yàn)證將很難完成。DDR BGA探頭可幫助存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)人員訪問(wèn)DDR信號(hào)，使用示波器來(lái)進(jìn)行信號(hào)完整性測(cè)量，以確保產(chǎn)品符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。雖然多數(shù)探測(cè)都以滿足被測(cè)信號(hào)帶寬要求為目的，但是尺寸及設(shè)計(jì)與制造成本等其他因素也需進(jìn)行衡量。借助探頭校正工具(例如安捷倫PrecisionProbe)，存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)人員通過(guò)使用現(xiàn)有DDR BGA探頭設(shè)計(jì)便可輕 松過(guò)度到新的DDR技術(shù)。使用DDR BGA探頭測(cè)量高速存儲(chǔ)器(1600MT/s以上的DDR3和DDR4存儲(chǔ)器技術(shù))需要使用PrecisionProbe軟件，以便擴(kuò)展帶寬并增加信號(hào)完整性測(cè)試的裕量。生成傳遞函數(shù)模型時(shí)，需要關(guān)注源端和接收端阻抗、傳輸線長(zhǎng)度、損耗和特性阻抗等極易影響性能的其他系統(tǒng)參數(shù)。使用這些器件評(píng)估波形(尤其是高比特率系統(tǒng))，需要結(jié)合使用去嵌入軟件(如安捷倫PrecisionProbe)和InfiniiSim(波形變換工具套件)。