做DDR硬件設(shè)計電源是另一個容易被忽略的環(huán)節(jié)。很多人DDR信號調(diào)得不錯結(jié)果一上電就不穩(wěn)定查了半天發(fā)現(xiàn)是電源紋波太大或者電壓精度不夠。這篇文章講講LPDDR4X的電源設(shè)計要點特別是VDDQ這個0.6V的電源。一、LPDDR4X到底需要幾路電源先把電源需求理清楚。LPDDR4X內(nèi)存芯片通常需要三路獨立電源注意VDDQ是0.6V比傳統(tǒng)DDR3的1.35V、DDR4的1.2V都低很多。為什么這么低二、為什么VDDQ要降到0.6V兩個原因功耗和速率。第一功耗。CMOS電路的動態(tài)功耗公式是P C × V2 × f功耗和電壓的平方成正比。VDDQ從1.2V降到0.6V理論功耗就是1/4。這對移動設(shè)備、電池供電的產(chǎn)品來說太重要了——功耗降一半續(xù)航能漲一大截。第二速率。電壓越低信號翻轉(zhuǎn)越快芯片內(nèi)部延遲越小。要跑到4266Mbps甚至更高的速率0.6V的VDDQ是基礎(chǔ)。電壓太高信號擺幅大翻轉(zhuǎn)慢跑不到這么高的頻率。這就是為什么LPDDR4X比LPDDR4省電、還更快——VDDQ從1.1V降到0.6V是核心原因。三、0.6V電源設(shè)計為什么難VDDQ雖然電壓低但設(shè)計難度一點不小。幾個坑1. 電壓精度要求極高LPDDR4X的VDDQ標稱是0.6V允許的范圍是多少典型規(guī)格0.57V ~ 0.65V。也就是說精度要求是±5%。別小看這個5%0.6V的5%就是30mV?，F(xiàn)在的DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出精度一般是±2~3%看起來夠了。但別忘了(1).負載瞬態(tài)變化的時候電壓會掉下去(2).PCB走線有壓降(3).電容ESR帶來的紋波這些加起來很容易就超了30mV的容限。設(shè)計建議 VDDQ的電源紋波要控制在±15mV以內(nèi)留一半裕量。2. 瞬態(tài)電流特別大LPDDR4X在工作的時候電流是動態(tài)變化的——讀操作的時候電流大刷新的時候電流小待機的時候又很小。這個電流變化有多快微秒級的跳變可能從100mA跳到1A。如果電源響應(yīng)慢了電壓就會瞬間掉下去導(dǎo)致內(nèi)存工作異常。這就是為什么很多人DDR有時候能跑、有時候不行——其實不是DDR的問題是電源瞬態(tài)響應(yīng)跟不上。設(shè)計建議(1).VDDQ電源用專用的DC-DC不要和其他電源共用(2).每個內(nèi)存芯片的VDDQ引腳旁邊放足夠多的去耦電容0.1μF 10μF組合(3). 電源走線要短、粗降低電感(4). 如果負載變化特別大考慮用LDO后級穩(wěn)壓或者加電容陣列3. 上電時序不能亂LPDDR4X有上電時序要求必須先VDD1/VDD2上電再VDDQ上電最后VDD2H上電。順序錯了芯片可能不工作甚至損壞。很多人用多路電源管理芯片上電時序是自動的。但如果用分立的DC-DC就要自己控制時序——用電源使能引腳級聯(lián)或者用專門的時序控制芯片。上電順序錯了的癥狀(1). 芯片完全不工作讀不出ID(2). 工作不正常初始化失敗(3). 嚴重的話芯片永久損壞別抱著試試就知道的心態(tài)按數(shù)據(jù)手冊的上電時序要求設(shè)計。四、VDDQ電壓不準會有什么后果VDDQ電壓偏高或偏低癥狀不一樣電壓偏低(1). 高低電平裕量變小信號容易出錯(2). 高速率下跑不穩(wěn)降頻了就好了(3). 低溫下更容易出問題電壓偏高(1). 功耗增加芯片發(fā)熱變大(2). 長期工作可靠性下降(3). 嚴重的話芯片壽命縮短怎么判斷是不是電源問題最簡單的方法用示波器測VDDQ引腳的實際電壓和紋波。注意要測芯片引腳處的電壓不是測DC-DC輸出端——中間走線有壓降。如果測出來紋波超過±30mV或者瞬態(tài)壓降超過50mV那就是電源設(shè)計有問題先把電源搞好再調(diào)DDR。五、幾個實操建議最后總結(jié)幾個電源設(shè)計的要點(1). VDDQ用獨立電源不要和其他負載共用一路(2). 輸出精度選±2%以內(nèi)的DC-DC留夠裕量 (3). 去耦電容要夠每個VDDQ引腳旁邊放0.1μF每片芯片再放10μF(4). 測引腳處電壓不是測電源輸出端(5). 上電時序按數(shù)據(jù)手冊來別自己改順序(6). 高速應(yīng)用做電源完整性仿真特別是大容量內(nèi)存的設(shè)計我們在做漢四ROCFOUR的LPDDR4X參考設(shè)計的時候電源部分是反復(fù)驗證過的——DC-DC選型、去耦電容位置、上電時序客戶照著原理圖抄電源這一塊基本不會出問題。很多人DDR調(diào)試卡很久最后發(fā)現(xiàn)是電源沒設(shè)計好這種彎路完全可以避免。有DDR電源設(shè)計相關(guān)的問題歡迎評論區(qū)交流。