Как проложить трассировку для DDR3 памяти и разводку для кулера процессора

Становится всё более неизбежным, что разработчики плат должны выполнять проектирование печатных плат высокой скорости при работе с микроконтроллерами. С мощностью CPU, таких как семейство многоядерных ARM устройств Freescale iMX6, но при очень низкой "стоимости за MIP", использование таких устройств становится всё более желательным для обеспечения богатого программного обеспечения и пользовательского опыта в вашем продукте.

Но использование этих супер-микро добавленных контроллеров памяти несёт в себе вызовы высокой скорости, плотных интерфейсов памяти с руководящими принципами по размещению DDR3. В этом гостевом блоге пользователь Altium Designer Роберт Феранец из Fedevel Academy показывает нам несколько очень ценных советов по маршрутизации памяти DDR3, на основе его открытого аппаратного проекта iMX6 Rex, компактного и мощного набора для разработки одноплатного компьютера. 

Память DDR3 настолько распространена; почти неизбежно, что профессиональные разработчики печатных плат столкнутся с платой, которую они должны будут проложить, используя её. Эта статья дает вам советы по правильному распределению и маршрутизации интерфейсов памяти DDR3, даже в очень плотных и тесно упакованных компоновках печатной платы.

Правила проектирования памяти DDR3 и группы сигналов

Все начинается с рекомендуемых правил проектирования высокоскоростных печатных плат для маршрутизации DDR3 группами. При размещении памяти DDR3 интерфейс делится на группу команд, группу управления, группу адресов, а также на банки данных 0/1/2/3/4/5/6/7, часы и другие. Рекомендуется, чтобы все сигналы, принадлежащие к одной группе, были проложены «одинаковым способом», то есть с использованием одной и той же топологии и переходов между слоями.

Рисунок 1: Все сигналы в группе DATA 6 проложены «одинаковым способом», с использованием одной и той же топологии и переходов между слоями.

Как пример, рассмотрим показанную на Рисунке 1 последовательность маршрутизации DDR. Все сигналы группы DATA 6 идут с Слоя 1 на Слой 10, затем на Слой 11 и после этого на Слой 12. Каждый сигнал в группе проходит через одни и те же переходы между слоями и, в общем, имеет одинаковое расстояние маршрутизации и топологию.

Одно из преимуществ маршрутизации сигналов DDR таким образом заключается в том, что при настройке длины (также известной как настройка задержки или фазы) длину в оси Z в переходных отверстиях можно игнорировать. Это потому, что все сигналы, проложенные одинаковым образом, будут иметь точно такие же переходы через отверстия и длины в переходных отверстиях.

Создание групп памяти DDR3

Altium Designer^® поддерживает простой способ создания необходимых групп сигналов и контроля за целостностью сигнала. Этот шаг выполняется в схеме проекта. Сначала вокруг каждого набора сетей, из которых создаются группы, размещается бланкет. Затем к краю бланкета прикрепляется директива печатной платы класса сети, чтобы применить класс сети к группе. Пример этого показан на рисунке 2.

 Рисунок 2: Бланкеты и директивы печатной платы используются для создания групп классов сетей для руководящих принципов маршрутизации DDR3.

Назначение цветов группе памяти DDR3

После того как мы импортируем новые классы сетей на нашу печатную плату (через заказ на изменение конструкции (Engineering Change Order (ECO)) в разделе Design » Update PCB Document...), очень полезно назначить разные цвета каждой группе, чтобы упростить визуальное восприятие трассировки. Перейдите в панель печатной платы, щелкните правой кнопкой мыши по группе (классу сети), которой вы хотели бы назначить цвет, и выберите Change Net Color из всплывающего меню, как показано на Рисунке 3.

Рисунок 3: Назначение разных цветов каждой группе может упростить визуальное восприятие трассировки.

После выбора цвета щелкните правой кнопкой мыши по классу сети или сети еще раз и выберите Display Override » Selected ON. Это гарантирует, что выбранный вами цвет сети будет иметь приоритет над цветом слоя, который в данный момент используется объектами этой сети.

Если вы не включили опцию Переопределение цвета сети, сети не будут иметь выбранный вами цвет. В этом случае нажмите переключатель Просмотр » Переопределение цвета сети или используйте клавишу F5, чтобы активировать эту настройку глобально (для всех сетей). Теперь вы готовы к разводке интерфейса DDR3 процессора.

Планируете ли вы заранее при работе над разводкой DDR3 для CPU? 

Выбор подходящего стиля переходного отверстия для конкретной группы памяти и решение о том, как будут использоваться слои печатной платы, могут значительно упростить разработку DDR3. Назначение разных цветов каждой группе памяти помогает визуализировать интерфейс.

Рисунок 4: Выбор подходящего размера переходного отверстия может помочь сэкономить место для большего количества дорожек.

Микропереходное отверстие (μVia) занимает меньше места по сравнению с сквозным переходным отверстием. Это позволяет нам развести больше дорожек на той же площади. Микропереходные отверстия также экономят место на других слоях. Освободившееся место можно использовать для дорожек.

Почему использовать микропереходные отверстия для адресных, командных и управляющих сигналов?

Группа адресации, команд и управления имеет наибольшее количество сигналов среди групп памяти. Если бы мы выбрали сквозные переходные отверстия, нам пришлось бы использовать много места на всех слоях. Выбрав микровиасы, нам нужно место только на 3-м слое, и поскольку микровиас меньше по диаметру, у нас также появляется больше места для разводки сигналов на 3-м слое.

Рисунок 5: Между микровиасами может поместиться две или три дорожки, в то время как в пространстве, необходимом для одной дорожки между сквозными переходными отверстиями.

Почему использовать сквозные переходные отверстия для "ближайших групп" к группе адресации, команд и управления?

Некоторым сигналам группы адресации, команд и управления потребуется пространство под "ближайшими группами".

Рисунок 6: Некоторые дорожки группы адресации, команд и управления должны быть проложены под контактными площадками "ближайших групп".

Когда группа сигналов адресации, команды или управления проложена через микровиасы на 3-м слое, под этой группой на 10-м слое остается свободное пространство. Это пространство можно использовать для разводки "ближайших групп".

Рисунок 7: Свободное пространство, оставленное под группами, проложенными с помощью микровиас, может быть использовано для разводки "ближайших групп".

Почему "внешние группы" используют микровиас?

Из приведенного выше изображения ясно, что на слое 10 не останется места для разводки "внешних групп". Поэтому размещение "внешних групп" на слое 3 и использование микровиас является результатом планирования разводки.

Примечание: Та же техника планирования разводки для слоя / виас / микровиас может быть применена и к другим интерфейсам (например, PCI, ISA, … ). Таким образом, даже очень плотные и сложные дизайны могут быть проложены.

Заключение

С небольшой заботой и предварительным планированием, разводка и настройка длины DDR3 fanouts могут быть процессом без стресса, даже на самых компактных и плотно упакованных дизайнерских рекомендациях. iMX6 Rex является отличным примером такой заботы и планирования, разработанным частично как инструмент для демонстрации, как это делается. Следуя плану и шагам Роберта, любой DDR3 дизайн может быть завершен гораздо быстрее и с гораздо большей вероятностью правильного выполнения с первого раза. 

Узнайте больше о проектах Altium Designer или узнайте больше о том, что должны знать разработчики печатных плат о DDR5 здесь.