DDR – Double Data Rate Memory

DDR – Double Data Rate Memory

Schritt-für-Schritt-Leitfaden: Fortgeschrittene Sondierungstechniken für DDR3/DDR4-Speicherdesigns

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DDR-Speichertests

Wie auch bei den meisten anderen Highspeed-Datenbussen erfüllen Oszilloskope praktisch alle Anforderungen an Tests der Datenübertragung und Signaleigenschaften von DDR-Speichern – sowohl in der Entwicklungsphase als auch für Konformitätstests. Auf Leiterplattenebene bieten Netzwerkanalysatoren bei Signalintegritätstests der Signalkanäle ein Höchstmaß an Genauigkeit.

Grundlagen von DDR

Die DDR-SDRAM-Technologie zum Speichern von Daten und für den schnellen Datenaustausch mit einem Prozessor wurde 1998 eingeführt und befindet sich mittlerweile in der fünften Generation. DDR steht für „Double“ Data Rate – doppelt deswegen, weil zwei Datenbit-Transfers pro Taktzyklus stattfinden. DDR-SDRAMs sind heute der Standard-Hauptspeicher für sämtliche Typen von Prozessoren. Mit jeder neuen DDR-SDRAM-Generation sind die Datenübertragungsraten und Taktfrequenzen weiter angestiegen, während gleichzeitig die Betriebsspannung und Leistungsaufnahme reduziert werden konnten. Die gewaltigen Performance-Zuwächse und die fehlende Abwärtskompatibilität zwischen den Generationen haben dazu geführt, dass bis heute noch mehrere DDR-Generationen relevant sind – von DDR5, das seit 2021 in Highend-PCs Einzug findet, bis DDR2, das bereits 2003 auf den Markt gebracht wurde.

Ihre Herausforderungen bei DDR

  • Die verschiedenen DDR-Versionen sind nicht miteinander kompatibel. Sie müssen deswegen abwägen, welche Generation für ein bestimmtes Projekt infrage kommt. Hierbei sind die Performance-Anforderungen, die Design-Komplexität und Kosten der Bauelemente sowie die Verfügbarkeit zu berücksichtigen.
  • Die DDR-Technologie ermöglicht bidirektionale Datentransfers. Wie bestimmen Sie bei Signalintegritätstests, ob Daten geschrieben oder ausgelesen werden?
  • Das Budget für Messtechnik ist meist begrenzt. Welche Geräte werden Ihren Anforderungen im Hinblick auf Funktionsumfang und Preis am besten gerecht?
  • DDR-Konformitätstests gemäß dem jeweiligen JEDEC-Standard sind eine anspruchsvolle Aufgabe, wenn die Gültigkeit der Ergebnisse garantiert sein muss. Sie müssen sich sicher sein können, dass Sie die Konformitätstests korrekt durchführen.
  • DDR-Speicherchips werden normalerweise in einem BGA-Gehäuse geliefert. Wenn auf der Rückseite kein Zugriff auf Vias besteht, müssen Interposer zwischen Speicherchip und Platine eingefügt werden. Um aussagekräftige Messungen zu gewährleisten, muss der Einfluss des Messaufbaus kompensiert werden.

Unsere DDR-Testlösungen

Die R&S®RTO64 und R&S®RTP Oszilloskope bieten spezielle Anwendungsoptionen zum Testen von DDR3-, DDR4- und DDR5-Speicherschnittstellen. Unsere speziellen DDR-Optionen für die beiden Oszilloskop-Typen sind einzigartig auf dem Markt, da sie die READ-/WRITE-Decodierung von DDR-Signalen, Augendiagramme sowie automatisierte Konformitätstests gemäß den offiziellen JEDEC-Spezifikationen der DDR- & LPDDR-Standards unterstützen.

Die meisten der Probleme, mit denen Entwickler von DDR-Speichern zu kämpfen haben, betreffen das Platinenlayout – beispielsweise Probleme mit einer unzureichenden Bandbreite, Kreuzkopplung von anderen Funktionsblöcken, Impedanz-Fehlanpassungen oder Jitter. Beide Oszilloskop-Familien von R&S verfügen über eine breite Palette an Funktionen zum Debuggen von Signalintegritätsproblemen – vom Zone Trigger über die erweiterte Augenanalyse sowie Jitter- und Rauschzerlegung bis hin zur Leistungsintegritätsanalyse und weiteren Hilfsmitteln.

Der wichtigste technische Parameter eines Oszilloskops, von dem abhängt, welche DDR-Generation mit welcher Datenrate getestet werden kann, ist die Bandbreite. Für Systemtests sollte die Bandbreite die 3. bis 5. Harmonische der Grundfrequenz des Testsignals abdecken.

  • DDR3, DDR3L und LPDDR3 (1,2 V) erfordern die Option K91 mit einem R&S®RTO64 oder R&S®RTP.
    Für DDR3-Datenraten bis 1,6 GBps ist ein R&S®RTO64 mit 4 GHz völlig ausreichend. Für höhere DDR3-Datenraten bis 2,133 GHz wird eine Oszilloskop-Bandbreite von 6 GHz empfohlen.
  • DDR4 oder LPDDR4 erfordern Option K93 und ein R&S®RTP084 mit 8 GHz. Zur Überprüfung der Anstiegszeiten der Daten- und Steuersignale empfiehlt sich ein R&S®RTP164B.
  • DDR5-Tests sind mit der Option RTP-K94 möglich, während LPDDR5 die Option RTP-K95 und das 16-GHz-RTP-Modell RTP164B erfordert.

Zur Vereinfachung und Automatisierung von Konformitätsprüfverfahren mit einer dieser Optionen bietet die R&S®ScopeSuite Software:

  • Den umfassenden grafischen Wizard, der von Anfang bis Ende durch die Konformitätsprüfverfahren führt.
  • Automatisierte Steuerung aller notwendigen Oszilloskopeinstellungen und Konformitätstestsequenzen.
  • Konfigurierbare Testberichte zur Dokumentation der Testergebnisse.

Darüber hinaus liefert Rohde & Schwarz sämtliches notwendiges Zubehör wie Hochgeschwindigkeits-Tastköpfe mit flexiblen Einlöt-Lösungen sowie Deembedding-Software zur Kompensation der Prüfadapter von Nexus Technologies oder EyeKnowHow für die DDR-Fehlersuche, für Signalintegritätstests, Validierung und Konformitätstests.

Für Signalkanal-Tests zwischen DDR-Modulen und Prozessor ermöglichen Rohde & Schwarz Netzwerkanalysatoren (R&S®ZNA, R&S®ZNB) Signalintegritätsmessungen mit einem Dynamikbereich und einer maximalen Bandbreite, die deutlich über allen DDR-Anforderungen liegen. Für beide Analysatorfamilien unterstützt die Option K2 in Verbindung mit K20 die Zeitbereichsanalyse einschließlich Augendiagrammen und eine gleichzeitige Frequenzbereichsanalyse.

Vorteile unserer DDR-Speicher-Testlösungen

  • Umfassende Tests von der Fehlersuche bei der Entwicklung bis zur Konformitätsprüfung im Frequenz- und Zeitbereich von DDR-Komponenten, Interposern und Steckverbindern mit Hilfe von Testgeräten, die alle Anforderungen erfüllen – Oszilloskope, Vektornetzwerkanalysatoren, Messköpfe und Einlöt-Lösungen.
  • Automatische Trennung von READ-/WRITE-Bursts. Da DDR bidirektionale Schnittstellen verwendet, müssen Lese- und Schreibsignal-Bursts voneinander unterschieden werden, bevor eine Analyse stattfinden kann. Mit den R&S DDR-Optionen decodieren die RTO6/RTP-Oszilloskope Lese-/Schreib-Bursts automatisch.
  • Intuitive, schnelle Signalintegritätstests sowie Langzeittests.
    Der leistungsstarke Zone Trigger ermöglicht die Fokussierung der Analyse auf bestimmte Datensequenzen. Untersuchen Sie mit den Datenaugen-Analysetools sämtliche Probleme der Signalintegrität und führen Maskentests über längere Zeiträume durch. Verwenden Sie die erweiterten Jitter-Analysetools, um Störfaktoren auf dem Takt zu untersuchen oder die Sicherheitsreserven zu verifizieren.
  • Vertrauen Sie darauf, dass der Konformitätstest korrekt ausgeführt wurde. Der Benutzer wird mit vollständig bebilderten Anweisungen Schritt für Schritt durch den gesamten Test geführt – vom Anschluss des Oszilloskops, der Messköpfe, des Prüfadapters und Prüflings bis zum Ende der Messsequenz. Erläutert werden auch die Durchführung einzelner Tests, die Anpassung von Parametern während des Tests und die Festlegung benutzerdefinierter Grenzwerte.
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