終端端接對(duì)于信號(hào)完整性有著重要的意義,它和源端匹配一樣都是解決信號(hào)完整性問題的重要手段。所以無論是高速的并行總線如DDR,還是高速串行總線如Serdes都會(huì)采用終端的端接。DDR的ODT功能就是典型的終端端接,而大多數(shù)Serdes采用的CML電平,在芯片內(nèi)部的P、N兩根線上都有50ohm的端接。
01
終端端接
源端匹配的作用就是:即使終端沒有匹配,信號(hào)到達(dá)終端發(fā)生反射,返回的到源端的反射信號(hào)也會(huì)由于源端阻抗匹配而不會(huì)發(fā)生反射,從而消除了二次反射和多次反射的影響。
而終端端接則是讓終端負(fù)載阻抗與傳輸線阻抗相匹配,使得初始電波進(jìn)入到傳輸線直至到終端被接收器件接收一直處于匹配狀態(tài)整個(gè)傳輸過程中都不會(huì)發(fā)生反射。
(a) (b)
終端端接有上圖所示兩種方式:(a)端接電阻RT 靠近負(fù)載端下拉到地;(b)需要兩個(gè)端接電阻,R1 、R2 分別接到VCC和地。滿足R1 ||R2 = Z0 或RT=Z0 即可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
假設(shè)上面兩種情況下源端阻抗和傳輸線匹配,接口的IO電壓為VCC。那么進(jìn)入傳輸線的初始電波只有1/2VCC。對(duì)于(a)接收的信號(hào)擺幅就是從0V到1/2VCC,其共模電平為VCC/4。對(duì)于(b)當(dāng)R1=R2 時(shí)接收信號(hào)的擺幅就是1/4VCC到3/4 VCC,共模電平為1/2VCC 。
基于兩種終端端接的上述特點(diǎn),我們來分析兩種情況的應(yīng)用。
對(duì)于情況(a)來說無論是過驅(qū)動(dòng)還是欠驅(qū)動(dòng)情況,信號(hào)的低電平為0,高電平要小于VCC。是否能夠應(yīng)用這種匹配方式要看接收器件的電平接口VIL和VIH的值。比如,3.3V LVTTL電平的VIH = 2.0V,當(dāng)欠驅(qū)動(dòng)的情況下接收端的幅值肯定會(huì)低于1.65V,此時(shí)可能導(dǎo)致接收高電平錯(cuò)誤。
對(duì)于(b)由于其共模電平為1/2VCC,接收信號(hào)高低電平以1/2VCC為中心,這種匹配方式適合用于SSTL或者HSTL這種基于比較器的結(jié)構(gòu)的電平接口。DDR2、DDR3以及QDR的DQ信號(hào)內(nèi)部的ODT端接就采用(b)所示的戴維南端接。
需要注意的是,端接的值并不一定非要和傳輸線阻抗完全匹配。端接阻值越小時(shí)接收器件接收的信號(hào)幅值也就越小,端接阻值越大時(shí)接收器接收信號(hào)幅值越大。端接阻值選擇多大合適要通過仿真結(jié)合信號(hào)的噪聲裕量來確定。
如下圖所示為不同終端端接的仿真波形。(藍(lán)色為ODT120,黃色ODT60,綠色為ODT40,紅色為ODT20)。
如上所示,ODT20的情況由于端接20ohm比50ohm傳輸線阻抗要小得多,在終端發(fā)生負(fù)反射使信號(hào)的幅值減小,此時(shí)信號(hào)的噪聲余量比較小。如果有其它的噪聲例如串?dāng)_、電源噪聲等就可能會(huì)使信號(hào)質(zhì)量帶來風(fēng)險(xiǎn);ODT40和ODT60的情況端接阻抗與傳輸線阻抗最接近,阻抗不連續(xù)性不是很大,所不同的是ODT60情況發(fā)生正反射,ODT40發(fā)生負(fù)反射,因此ODT60要比ODT40情況信號(hào)幅值大一些噪聲余量也要大一些;ODT120的情況下端接和傳輸線阻抗不匹配程度很大,但是信號(hào)幅值較ODT60進(jìn)一步提高。但由于阻抗不連續(xù)性過大使其眼皮比較厚相比ODT60的情況噪聲余量增加并不明顯。
對(duì)于DDR信號(hào)的ODT配置的選擇需要具體問題具體分析,當(dāng)信號(hào)鏈路比較短的情況可以不用ODT功能,因?yàn)榇藭r(shí)傳輸線效應(yīng)并不明顯阻抗不連續(xù)的影響不大;當(dāng)信號(hào)線比較長(zhǎng)時(shí),能夠體現(xiàn)傳輸線特性,如果源端匹配和鏈路其它匹配做的都很好的情況下,此時(shí)只有終端會(huì)發(fā)生一次反射也可以不用ODT功能。
當(dāng)源端匹配做的不好或者鏈路上存在很多阻抗不連續(xù)點(diǎn)的情況下就需要啟用ODT功能了,具體配置需要根據(jù)仿真結(jié)果來確定。另一方面并不是說開啟ODT功能就一定能夠得到比關(guān)閉ODT功能時(shí)更大的噪聲余量和時(shí)序裕量,而且也不是所有的信號(hào)質(zhì)量問題都能通過開啟ODT來解決。
對(duì)于速率不算太高的DDR3來說,有時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)好像ODT OFF時(shí)的結(jié)果都比ODT ON時(shí)要好。這是為什么呢?
首先接收端接收到的波形為入射電壓和反射電壓的疊加,如下所示:
入射電壓一定的情況下,反射電壓的大小正負(fù)取決于終端的反射系數(shù)。
DDR3的ODT結(jié)構(gòu)如下圖所示。這里的R1\\R2就相當(dāng)于DDR3的ODT值。
DDR3的ODT 值有20、40、60、120ohm以及ODT off等值,不同的ODT配置造成的影響就是終端反射系數(shù)不同。、
ODT20,ρ= Vref / Vinc= (20-50)/(20 +50) = -0.428,負(fù)反射使接收信號(hào)幅值減小;
ODT40,ρ= Vref / Vinc= (40-50)/(40 +50) = -0.111,負(fù)反射使接收信號(hào)幅值減??;
ODT60,ρ= Vref / Vinc= (60-50)/(60 +50) = 0.091,正反射使接收信號(hào)幅值增大;
ODT120,ρ= Vref / Vinc= (120-50)/(120 +50) = 0.411,正反射使接收信號(hào)幅值增大;
ODT OFF,ρ= Vref / Vinc = (∞ - 50)/(∞ + 50) = 1,全反射使接收信號(hào)幅值加倍。
由此可見當(dāng)鏈路比較短或者其它地方不存在反射的情況下,信號(hào)的幅值完全取決于末端的反射系數(shù),即ODT的配置。當(dāng)ODT OFF情況下信號(hào)的幅值最大上升下降邊沿最陡因此其眼寬最寬。但是鏈路中的阻抗不匹配也會(huì)增加信號(hào)的過沖和振鈴,當(dāng)線路很長(zhǎng)或者阻抗不連續(xù)點(diǎn)很多時(shí)就有可能ODT OFF的情況要比ODT ON要差。
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