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探讨Rambus高速数位设计的应用与解决方案
 

【作者: T.T.】2000年02月01日 星期二

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最近出现的Rambus技术,明显提升了以电脑为基础的设计里处理器存取记忆体的能力。此科技是以非常快速的晶片对晶片介面为基础,已经为新的DRAM架构称之「RDRAM」。这项科技也可以配合传统的处理器与控制器使用,效能要比传统DRAM快10倍。虽然记忆体汇流排系统消除了记忆体存取瓶颈,但是其工作已达数位效能能力的边缘。汇流排记忆体通道双缘皆为400-MHz差动时脉传输资料,因此资料率高达800-MB/s。而且其资料、时脉以及控制电路的逻辑电位都是800-mV,必须在阻抗稳定控制的环境下工作并符合严格的时序要求。


严格的设计要求

Rambus架构具有许多优点,却也同时对系统开发人员带来三项主要的系统设计与验证挑战。第一:Rambus通道的高速讯号引起的严格要求。 13个高速高品质讯号必须以阻抗稳定控制的传输线路传送,这些线路的长度要非常接近才能减少时序偏移。使用特殊800-mV逻辑电位传输资讯并与标准CMOS电路交互作用时,这些讯号形成汇流排通道的有效部分。我们很难利用示波器或逻辑分析仪检查这种高效率结构的 Rambus即时系统交互作用。设计师必须详细检查13条线路上载送的混杂高速资讯,验证系统效能及解析系统作业,才能清楚地了解记忆体通道中的动作情形。


Rambus通道中使用的逻辑讯号小幅逻辑摆动,与快速异动的特性为系统设计师带来一些困难。系统中全部的装置经由差动输入电路,接收到这些低电压振荡讯号。建议时脉与资料讯号的上升时间特性不要慢于250 ps。而且由于没有输送「允许输出」讯号,同时每条线路都是有线的OR结构,因此汇流排中的任何成分都能将任一线路变成「1」的状态。


时序要求的第二项挑战来自Rambus通道上资料传输的同步性质及其高速作业。由于时脉与资料偏移要小心匹配,才能确保正常的作业,所以输入与输出主单元的400-MHz时脉和资料必须在几乎完全相同的路径上传送。传送资料的上升缘与下降缘时脉都是400-MHz,产生每秒800-MB的资料传输率。资料每次都在上升或下降缘决定的1.25-ns间隔中传输。如此高速移动的资讯实在不允许发生些微的错误。


第三项挑战则是来自于Rambus通道的逻辑层。此逻辑层包含有主单元(例如CPU)与从属单元之间的资料传输,资料在整个记忆体汇流排系统内以区块传输,要求、确认以及资料等三种封包组成的异动则负责运送这些区块。


需要高速验证

工程师如果要验证设计中Rambus架构的整体系统时序,可以利用TDS 694C验证极高速的讯号特性讯号击发。每一通道完全3-GHz的频宽和每通道120,000点绝对能够捕捉及显示一切的详细资讯。 TLA 700系列逻辑分析仪观察记忆体汇流排控制讯号与资料流程之间,复杂又详细交互作用的能力也是难能可贵。这些逻辑分析仪不只提供同时观察全部记忆体汇流排输出的数百个通道,也具备建立Rambus作业精确图片的充份频宽与解析度。


检视这些高速讯号时,探棒载入与偏移管理是两个主要问题,所以一定要使用高阻抗低电容的探棒。例如Tektronix最新推出的主动式探棒的棒尖支援高达3 GHz的频宽,辅助TDS 694C的功能。这款探棒的负载非常低,20 kΩ的负载只有1 pF,设计师可以确信示波器萤幕上显示的就是准确的记忆体汇流排讯号活动。此外,新型1.5-GHz主动差动式探棒P6248是专为运用高速差动时脉的数位电路而设计(1.5-GHz频宽和1x与10x设定)。TLA 700的高密度阻抗稳定控制探棒解决方案,是准确撷取及显示高速讯号的方案之一。


系统模拟是Rambus系统设计特性解析与测试的最重要工作之一。设计师必须建立标准主单元讯号,模拟系统作业以验证装置在最差时序条件下的作业,因此需要能够产生极准确时序的弹性输出的讯号产生器。有了这种产生器的帮助,设计师即可精确地设计Rambus中的NRZ讯号的偏移,确定RDRAM元件在一切有效输入时序下都能正常动作。


Tektronix DG2040具有独特的1.1-GHz资料产生能力与+-100-ps解析度,只有它能产生模拟最差时序条件与最差时脉/资料时序条件下,RDRAM汇流排装置所需的输出。 DG2040的输出级动作与RDRAM装置很相像。输出通道经过设定后,可以利用50Ω的来源阻抗和模拟RDRAM装置同步性质使用的NRZ讯号类型得到Vhigh。 DG2040可以配合TDS 694C的抖动分析软体使用,组成全功能的抖动产生器/分析系统。产生器两个输出背后的256 KB记忆体能够产生很长的复杂资料型式。产生器的边缘控制让设计师能够以每次5-ps的调程延迟或提前+-100 ps,或者连续抖动资料串中选取边缘的相对时序。这种边缘控制功能也允许外部调变讯号连续抖动选取的边缘达+1100 ps-这是评估Rambus系统中抖动效应的重要功能。


生产策略

尖端数位设计中采用Rambus架构,做为下一代处理器提供所需的记忆体高速存取能力。设计师有了Tektronix整合测试与量测工具组,就能轻松验证这种极先进的汇流排科技是否正常运作。使用尖端TDS 694C示波器配合TLA 700系列逻辑分析仪与DG2040产生器,可以迅速有效地处理使用记忆体汇流排科技相关的一切系统设计与特性解析挑战。


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