原创 DDR3不能运行到额定频率

作者：一博科技高速先生团队队员
 

高速先生前面零零散散的写了一些DDR3系列的文章，虽然有小部分的案例说到了问题点，但那只是为了引出主题而写，而且只是点到为止，既然是案例，就要把问题的来龙去脉描述清楚，这个案例的问题是这样的：
 

某客户有一个板子需要新增一部分功能，想将原来的小板改为大板，但出于成本考虑，又将原来的8层板改为了6层板，板子做出来后在实际测试时DDR3只能降频到400MHz才能稳定工作，而之前的8层板可以稳定工作在533MHz,这两版的电源供给情况基本一致，主控及DDR3芯片的型号和批次也是一致的。客户也是比较有经验的，做过多种尝试如调整驱动及ODT等都没有改善，后来就找到了我们。
 

原因分析：大家都知道，一般DDR3运行不到额定的频率最直接的影响因素就是时序，时序裕量太小或不足都会导致系统工作不稳定或根本就运行不上去。而影响DDR3时序的因素主要有以下几点：电源噪声、串扰、等长匹配、信号质量等。只要上面几大点没出什么问题，DDR3出问题的几率也会相对少很多（前提是硬件原理和软件配置没问题）。下面我们就针对各种因素来各个击破，这种时候用排除法是比较好的。
 

电源噪声：电容分布基本上是0.1uF的电容，无其他容值的电容，适当增加几个大容值电容在低频的时候效果更好，但测试电源噪声只有20mV左右，量级比较小，所以电源噪声的影响可以初步排除。

串扰问题：数据信号间距10.55mil，地址信号10mil；信号之间的间距为2H(W),线路中心距离为3H(W)，若空间允许，间距可以适当加大。

信号与旁边的电源地网络不能太近，需要避免（小问题）

由于是3、4层内层走线，但从叠层看3、4层之间的间距已足够大，串扰问题影响比较小。

信号质量问题：此板DDR3地址、命令信号用了外部的上拉电阻，另外客户也已经调整过芯片驱动及ODT功能，所以信号质量问题也不大。

等长匹配问题：

1、主控芯片是否有write and read leveling(读写平衡)。经查此主控芯片为国内芯片厂家研发的，一般国产芯片需要格外注意，由于读写平衡功能需要购买额外的IP，而注重成本的国产芯片为了降低成本，结果就可想而知了，具备此功能的芯片就相对的比较少了。那没有了这个功能，我们的DDR3通常就按照DDR2的约束规则来布线（就事论事，没有贬低国产芯片的意思，事实上我们都要支持国产哈，支持国产，从你我做起，希望国货越来越强！）。

2、重点关注数据组与时钟（地址）的等长匹配。

正常工作的板子走线长度如下所示，地址与时钟的长度相差200mil内：

有欠缺的板子走线长度如下所示。

• 数据组内做了严格等长，地址、控制、时钟也做了等长，但数据与时钟相差较大，如下所示。

• 地址信号平均总长度2000mil减掉一个分支长度400mil,大致可以知道主控到其中一个颗粒的长度在1600mil,而数据信号最短的长度才550mil,之间相差比较大，超过了1000mil。

这也是前后两版差异最大的地方，由于主控芯片没有读写平衡功能，再加上由之前的8层板改成了6层板，布线空间的减少就使得我们的工程师没有过多的去绕线，而系统不能自动调整数据与时钟的偏差，最终导致时序裕量不够，这应该就是DDR3运行不到额定频率的主要原因。

那么问题来了，既然找到了主要原因，也无法调整主控内部的偏差，需要改版，在改版的时候要怎样改才能保证系统能运行到额定频率呢（原理图等其他都没变）？

回答：此板虽然走的是T型拓扑结构，但没有注意数据组与时钟的等长；在改版的时候总体思路是缩短数据组与时钟的长度偏差在500mil左右即可，具体方法是可以绕长数据组的走线或缩短时钟、地址等的走线，但一般绕长比较容易点，要去缩短会相对难一点，因为还要考虑地址/命令/控制组的等长范围；在做等长的时候还需要考虑信号之间的串扰，所以信号与信号之间的间距还是要适当保证的。