Cách Điều Hướng Bộ Nhớ DDR3 và CPU fan-out

Ngày càng trở nên không thể tránh khỏi việc các nhà thiết kế bảng mạch phải thực hiện thiết kế PCB tốc độ cao khi làm việc với microcontrollers. Với sức mạnh của CPU như dòng thiết bị ARM đa lõi Freescale iMX6, nhưng với "chi phí trên MIP" rất thấp, việc sử dụng các thiết bị như vậy để kích hoạt phần mềm phong phú và trải nghiệm người dùng trong sản phẩm của bạn trở nên ngày càng mong muốn.

Nhưng việc sử dụng những siêu micro này cộng thêm bộ điều khiển bộ nhớ mang theo những thách thức của tốc độ cao, giao diện bộ nhớ dày đặc với hướng dẫn bố trí DDR3. Trong blog khách này, người dùng Altium Designer Robert Feranec của Fedevel Academy cho chúng ta thấy một số mẹo vô cùng quý giá về việc định tuyến bộ nhớ DDR3, dựa trên thiết kế phần cứng mã nguồn mở của mình về iMX6 Rex, một bộ phát triển máy tính bảng đơn nhỏ gọn và mạnh mẽ. 

Bộ nhớ DDR3 rất phổ biến; gần như không thể tránh khỏi việc các nhà thiết kế bảng mạch chuyên nghiệp sẽ phải đối mặt với một bảng mạch họ phải định tuyến sử dụng nó. Bài viết này cung cấp cho bạn các mẹo để phân phối và định tuyến giao diện bộ nhớ DDR3 một cách đúng đắn, ngay cả trong bố cục PCB có mật độ cao và chật chội.

Quy tắc Thiết kế Bộ Nhớ DDR3 và Nhóm Tín Hiệu

Mọi thứ bắt đầu với các quy tắc thiết kế PCB tốc độ cao được khuyến nghị cho việc định tuyến DDR3 theo nhóm. Trong quá trình bố trí bộ nhớ DDR3, giao diện được chia thành nhóm lệnh, nhóm điều khiển, nhóm địa chỉ, cũng như các ngân hàng dữ liệu 0/1/2/3/4/5/6/7, đồng hồ và các thành phần khác. Được khuyến nghị rằng tất cả các tín hiệu thuộc cùng một nhóm nên được định tuyến “cùng một cách” tức là sử dụng cùng một topologi và chuyển đổi lớp.

Hình 1: Tất cả các tín hiệu trong Nhóm DỮ LIỆU 6 được định tuyến “cùng một cách”, sử dụng cùng một topologi và chuyển đổi lớp.

Làm ví dụ, xem xét trình tự định tuyến DDR được hiển thị trong Hình 1. Tất cả các tín hiệu của nhóm DỮ LIỆU 6 đi từ Lớp 1 đến Lớp 10, sau đó đến Lớp 11 và sau đó là Lớp 12. Mỗi tín hiệu trong nhóm thực hiện cùng một chuyển đổi lớp và nói chung có cùng khoảng cách định tuyến và topologi.Một trong những lợi ích của việc định tuyến tín hiệu DDR theo cách này là trong quá trình điều chỉnh chiều dài (còn được biết đến như điều chỉnh độ trễ hoặc pha) thì chiều dài trục z trong các via có thể được bỏ qua. Điều này là do tất cả các tín hiệu được định tuyến theo cùng một cách sẽ có chính xác cùng một quá trình chuyển tiếp qua via và chiều dài qua via.

Tạo Nhóm Bộ Nhớ DDR3

Altium Designer^® hỗ trợ một cách đơn giản để tạo các nhóm tín hiệu cần thiết và theo dõi tính toàn vẹn tín hiệu. Bước này được thực hiện trong sơ đồ của dự án. Đầu tiên, một lớp bảo vệ được đặt xung quanh từng nhóm mạch mà các nhóm đang được tạo từ đó. Sau đó, một chỉ thị mạch in lớp mạng được gắn vào mép của lớp bảo vệ để áp dụng một lớp mạng cho nhóm. Một ví dụ về điều này được hiển thị trong Hình 2.

 Hình 2: Các lớp bảo vệ và chỉ thị PCB được sử dụng để tạo nhóm lớp mạng cho hướng dẫn định tuyến DDR3.

Gán Màu cho Nhóm Bộ Nhớ DDR3

Sau khi chúng tôi nhập các lớp Net mới vào bảng mạch in của mình (thông qua Lệnh Thay Đổi Kỹ Thuật (ECO) dưới Thiết kế » Cập nhật Tài liệu PCB...), việc gán màu sắc khác nhau cho từng nhóm rất hữu ích, giúp việc định tuyến dễ dàng hơn khi theo dõi. Đi tới bảng bảng mạch in , nhấp chuột phải vào nhóm (lớp net) mà bạn muốn gán màu, và chọn Thay Đổi Màu Net từ menu xuất hiện, như được hiển thị trong Hình 3.

 Hình 3: Gán màu sắc khác nhau cho từng nhóm có thể giúp việc định tuyến dễ dàng hơn khi theo dõi.

Sau khi bạn đã chọn một màu, nhấp chuột phải vào lớp net hoặc net một lần nữa và chọn Hiển thị Ghi Đè » Đã Chọn BẬT. Điều này đảm bảo rằng màu net bạn đã chọn sẽ ghi đè lên màu của lớp mà hiện đang được sử dụng bởi các đối tượng của net đó.

Nếu bạn chưa bật tùy chọn Màu Nét Ghi Đè, các nét sẽ không hiển thị màu bạn đã chọn. Trong trường hợp này, nhấn chuyển đổi tùy chọn Xem » Màu Nét Ghi Đè hoặc sử dụng phím F5 để kích hoạt cài đặt này cho toàn bộ các nét. Bây giờ bạn đã sẵn sàng để phân phối các giao diện DDR3 của CPU.

Bạn Có Lập Kế Hoạch Trước Khi Làm Việc với Phân Phối DDR3 của CPU không? 

Chọn kiểu via phù hợp cho một nhóm bộ nhớ cụ thể và quyết định cách sử dụng các lớp PCB có thể làm cho việc bố trí DDR3 trở nên dễ dàng hơn. Gán màu sắc khác nhau cho từng nhóm bộ nhớ giúp hình dung giao diện dễ dàng hơn.

Hình 4: Chọn kích thước via phù hợp có thể giúp tiết kiệm không gian cho nhiều đường dẫn hơn.

Một microvia (μVia) chiếm ít không gian hơn so với Via Xuyên Lỗ. Điều này cho phép chúng ta phân phối nhiều đường dẫn hơn trong cùng một khu vực. Microvias cũng giúp tiết kiệm không gian trên các lớp khác. Không gian trống có thể được sử dụng cho các đường dẫn.

Tại Sao Sử Dụng Microvias cho Tín Hiệu Địa Chỉ, Lệnh và Kiểm Soát?

Nhóm Địa chỉ, Lệnh và Điều khiển có số lượng tín hiệu cao nhất từ các nhóm bộ nhớ. Nếu chúng ta chọn Via Xuyên Lỗ, chúng ta sẽ sử dụng nhiều không gian trên tất cả các lớp. Bằng cách chọn microvias, chúng ta chỉ cần không gian trên Lớp 3 và vì microvia có đường kính nhỏ hơn, chúng ta cũng có nhiều không gian hơn để phân tán các tín hiệu trên Lớp 3.

Hình 5: Hai hoặc ba đường dẫn có thể vừa vặn giữa các microvias, trong cùng một không gian cần thiết cho một đường dẫn giữa các Via Xuyên Lỗ.

Tại sao sử dụng Via Xuyên Lỗ cho “Nhóm Gần Nhất” với Nhóm Địa chỉ, Lệnh và Điều khiển?

Một số tín hiệu của nhóm Địa chỉ, Lệnh và Điều khiển sẽ cần không gian phía dưới “nhóm gần nhất”.

Hình 6: Một số đường dẫn của Địa chỉ, Lệnh và Điều khiển phải được định tuyến dưới các pad của “nhóm gần nhất”.

Khi nhóm tín hiệu Địa chỉ, Lệnh, hoặc Điều khiển được định tuyến qua microvias trên Lớp 3, sẽ có không gian trống dưới nhóm này trên Lớp 10. Không gian này có thể được sử dụng để phân tán “nhóm gần nhất”.

Hình 7: Không gian trống còn lại dưới các nhóm được định tuyến bằng microvias có thể được sử dụng để mở rộng các "nhóm gần nhất".

Tại sao các "Nhóm Bên Ngoài" Sử Dụng Microvias?

Từ hình trên, rõ ràng là sẽ không còn không gian trên Lớp 10 để mở rộng các "nhóm bên ngoài". Do đó, việc đặt các "nhóm bên ngoài" trên lớp 3 và sử dụng microvias là kết quả của việc lên kế hoạch mở rộng.

Lưu ý: Cùng một kỹ thuật "lên kế hoạch mở rộng" Lớp / via / microvia có thể được áp dụng cho các giao diện khác nữa (ví dụ: PCI, ISA, ...). Như vậy, ngay cả những thiết kế thực sự chật chội và rất dày đặc cũng có thể được định tuyến.

Kết luận

Bằng một chút cẩn thận và lên kế hoạch trước, việc định tuyến và điều chỉnh chiều dài cho DDR3 fanouts có thể là quá trình không gặp stress, ngay cả trên những hướng dẫn thiết kế nhỏ gọn và dày đặc nhất. iMX6 Rex là một ví dụ tuyệt vời về sự cẩn thận và lên kế hoạch này, được thiết kế một phần như một công cụ để chỉ ra cách thực hiện. Bằng cách theo dõi kế hoạch và các bước của Robert, bất kỳ thiết kế DDR3 nào cũng có thể được hoàn thành trong thời gian ngắn hơn và với khả năng cao hơn trong việc thiết kế đúng từ lần đầu tiên. 

Xem thêm dự án Altium Designer hoặc tìm hiểu thêm về những điều mà nhà thiết kế PCB cần biết về DDR5 tại đây.