應(yīng)用高帶寬示波器表征 GDDR5 數(shù)據(jù)抖動(dòng),確保有效的數(shù)據(jù)傳輸

　　GDDR5(Graphics Double Data Rate,圖形雙倍數(shù)據(jù)速率存儲(chǔ)接口，第 5 版)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取圖形卡存儲(chǔ)技術(shù)已應(yīng)用于主流移動(dòng)和游戲用戶的高性能 GPU(圖形處理器)。最新的 GDDR5 技術(shù)可提供 5Gb/s 或更高的數(shù)據(jù)速率。高數(shù)據(jù)速率條件下，數(shù)據(jù)抖動(dòng)測(cè)量是了解抖動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)有效窗口影響的重要手段。測(cè)量并了解抖動(dòng)分量可以讓設(shè)計(jì)人員盡可能減少整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的抖動(dòng)，以確保有效且精確的數(shù)據(jù)傳輸。需要分離讀和寫操作從而分別進(jìn)行數(shù)據(jù)有效窗口分析。GDDR5 的設(shè)計(jì)包括自由運(yùn)行的數(shù)據(jù)時(shí)鐘(WCK)、很小的數(shù)據(jù)單位間隔以及非常小的讀/寫數(shù)據(jù)與WCK之間可分辨時(shí)間偏移，因此識(shí)別讀/寫數(shù)據(jù)以進(jìn)行數(shù)據(jù)抖動(dòng)測(cè)量十分困難且耗時(shí)。高帶寬示波器或混合信號(hào)示波器是兩類常用的數(shù)據(jù)抖動(dòng)測(cè)量設(shè)備。本文將介紹僅使用高帶寬示波器 4 個(gè)通道的新型 GDDR5 數(shù)據(jù)抖動(dòng)測(cè)量技術(shù)。

　　抖動(dòng)對(duì) GDDR5 數(shù)據(jù)的影響

　　GDDR5 SGRAM 傳輸數(shù)據(jù)使用自由運(yùn)行差分前向時(shí)鐘(WCK/WCK#)，并在前向 WCK 的兩個(gè)邊沿上分別寄存并驅(qū)動(dòng)輸入和輸出數(shù)據(jù)，以用于讀和寫訓(xùn)練。讀/寫訓(xùn)練支持?jǐn)?shù)據(jù)定時(shí)和幅度電平裕量?jī)?yōu)化。盡管 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有相關(guān)規(guī)定，普遍觀點(diǎn)認(rèn)為表征抖動(dòng)特性是在如此高的數(shù)據(jù)速率傳輸條件下的重要測(cè)量任務(wù)。導(dǎo)致 GDDR5 系統(tǒng)產(chǎn)生抖動(dòng)的原因，例如碼間干擾(ISI)、串?dāng)_、占空比失真(DCD)等，這些都會(huì)限制圖形卡以及存儲(chǔ)器控制器與 DRAM 接口的性能。

　　抖動(dòng)是指信號(hào)跳變邊沿與理想時(shí)間的偏差。隨著數(shù)據(jù)速率的提升，定時(shí)裕量日趨嚴(yán)格，甚至每一皮秒的裕量都變得更為重要。高數(shù)據(jù)速率時(shí)代，微小的抖動(dòng)都可能導(dǎo)致讀寫數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)有效窗口關(guān)閉，最終增加比特誤碼率和數(shù)據(jù)采樣誤差。

　　在高數(shù)據(jù)速率(例如 5 Gb/s 或以上)條件下，數(shù)據(jù)有效窗口非常小。系統(tǒng)中的噪聲或相鄰電信號(hào)的串?dāng)_甚至電磁干擾都極易造成信號(hào)失真和信號(hào)完整性問(wèn)題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采樣誤差。實(shí)時(shí)眼圖可以提供眼圖高度和眼圖寬度測(cè)量以檢查信號(hào)完整性并預(yù)估數(shù)據(jù)有效窗口。但是，僅使用實(shí)時(shí)眼圖測(cè)量數(shù)據(jù)眼圖無(wú)法獲得完整的有效數(shù)據(jù)窗口分析和比特故障率預(yù)測(cè)。圖 1 是一個(gè)具有一百萬(wàn)單位間隔(測(cè)得的單位間隔)的寫數(shù)據(jù)眼圖。一百萬(wàn)單位間隔的初始測(cè)量得到 200ps 的數(shù)據(jù)輸入有效窗口。確定性抖動(dòng)(DJ)線和隨機(jī)抖動(dòng)(RJ)線顯示了長(zhǎng)時(shí)間累積的抖動(dòng)效應(yīng)和實(shí)際數(shù)據(jù)輸入有效窗口，即一萬(wàn)億單位間隔(1e-12 比特誤碼率或 BER)后的 tDIVW(數(shù)據(jù)輸入有效窗口)。確定性抖動(dòng)通常有界、可預(yù)測(cè)并且與數(shù)據(jù)碼流相關(guān)聯(lián)，例如碼間干擾和占空比失真。隨機(jī)抖動(dòng)通常為高斯抖動(dòng)且無(wú)界。同其它高斯分布一樣，該分布的峰峰值將隨著數(shù)量的增加而增大。因此，總體抖動(dòng)是隨機(jī)抖動(dòng)乘以BER 倍數(shù)因子再加上確定性抖動(dòng)。注意，圖示是寫數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入有效窗口。您可以發(fā)現(xiàn)，抖動(dòng) BER 測(cè)量計(jì)算非常重要，是總抖動(dòng)統(tǒng)計(jì)測(cè)量的重要組成部分，可以幫助您了解設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)有效窗口結(jié)果并預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤率。另外，了解抖動(dòng)分量和抖動(dòng)源可支持設(shè)計(jì)人員降低設(shè)計(jì)抖動(dòng)，確保更精確的數(shù)據(jù)傳輸。