摘 要：伴隨半導(dǎo)體工業(yè)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的高速度、高功能、高精密的封裝器件被應(yīng)用到現(xiàn)代汽車(chē)音響的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，特別是頻率達(dá)到200MHz以上的高速DDR在電子導(dǎo)航系統(tǒng)中的運(yùn)用，更要求PCB設(shè)計(jì)者在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)、SI和電磁干擾（EMI）設(shè)計(jì)規(guī)則上，做到嚴(yán)格的時(shí)序匹配以滿足波形的信號(hào)完整性。本文以DDR200為例，介紹高速DDR在車(chē)載音響電子導(dǎo)航系統(tǒng)中的PCB設(shè)計(jì)方法。

在20世紀(jì)60年代末期，具有單一收音功能的汽車(chē)音響開(kāi)始被應(yīng)用到了汽車(chē)上。隨著現(xiàn)代化電子技術(shù)的提高， 汽車(chē)音響也伴隨著單碟CD機(jī)、多碟CD組合、功放、喇叭、低音炮等商品多樣化的發(fā)展， 在質(zhì)量、技術(shù)、功能、音響效果等的支持下邁向多媒體系統(tǒng)領(lǐng)域。特別是進(jìn)入二十一世紀(jì)開(kāi)始，隨著DVD時(shí)代的來(lái)臨，以及GPS衛(wèi)星導(dǎo)航軟硬件的研發(fā)成功， 將汽車(chē)電子設(shè)計(jì)引入到DVD、導(dǎo)航、倒車(chē)視像、電視等功能集約化的發(fā)展方向， 進(jìn)而提升車(chē)輛行駛、安全、娛樂(lè)等功能。在汽車(chē)音響產(chǎn)品功能不斷提高的同時(shí)， 也給系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)：隨著器件時(shí)鐘工作頻率的提高，能夠用最先進(jìn)的器件， 高效快速的方法設(shè)計(jì)出高性能的產(chǎn)品。

在以往汽車(chē)音響的系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中， 一塊PCB上的最高時(shí)鐘頻率在30~50MHz已經(jīng)算是很高了，而現(xiàn)在多數(shù)PCB的時(shí)鐘頻率超過(guò)100MHz,有的甚至達(dá)到了GHz數(shù)量級(jí)。為此，傳統(tǒng)的以網(wǎng)表驅(qū)動(dòng)的串行式設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足今天的設(shè)計(jì)要求， 現(xiàn)在必須采用更新的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法，即將以網(wǎng)表驅(qū)動(dòng)的串行的設(shè)計(jì)過(guò)程， 改變成將整個(gè)設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)并行考慮的一個(gè)并行過(guò)程。也就是說(shuō)將以往只在PCB布局、布線階段才考慮的設(shè)計(jì)要求和約束條件， 改在原理圖設(shè)計(jì)階段就給予足夠的關(guān)注和評(píng)估，在設(shè)計(jì)初期就開(kāi)始分析關(guān)鍵器件的選擇，構(gòu)想關(guān)鍵網(wǎng)線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 端接匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)定， 以及在布線開(kāi)始前就充分考慮PCB的疊層結(jié)構(gòu)，減免信號(hào)間的串?dāng)_方法，保證電源完整性和時(shí)序等因素。

本文主要介紹在汽車(chē)音響導(dǎo)航系統(tǒng)中使用的高速DDR200,在兼顧高速電路的基本理論和專業(yè)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)下， 保證信號(hào)完整性的PCB設(shè)計(jì)方法。

1 什么是DDR 及其基本工作原理

DDR SDRAM, 習(xí)慣稱為DDR.DDR SDRAM即雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。

DDR內(nèi)存是在SDRAM 內(nèi)存基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。SDRAM在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只傳輸一次數(shù)據(jù)， 它是在時(shí)鐘的上升期進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；而DDR內(nèi)存則是一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)， 它能夠在時(shí)鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)，因此稱為雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。DDR內(nèi)存可以在與SDRAM相同的總線頻率下達(dá)到雙倍的數(shù)據(jù)傳輸率。

如下圖1和圖2所示，DDR SDRAM相對(duì)SDRAM多了兩個(gè)信號(hào)： CLK# 與DQS。

CLK# 與正常CLK時(shí)鐘相位相反， 形成差分時(shí)鐘信號(hào)。而數(shù)據(jù)的傳輸在CLK與CLK# 的交叉點(diǎn)進(jìn)行， 即在CLK的上升與下降沿（此時(shí)正好是CLK#的上升沿）都有數(shù)據(jù)被觸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)雙倍速率傳輸。

DQS（DQ Strobe、數(shù)據(jù)選取脈沖）是DDRSDRAM中的重要功能， 主要用來(lái)在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)準(zhǔn)確的區(qū)分出每個(gè)傳輸周期，并在接收端使用DQS來(lái)讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)DQ。

DQS在上升沿和下降沿都有效，與數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)生成。DQS和DQ都是三態(tài)信號(hào)雙向傳輸。在讀操作時(shí)，DQS信號(hào)的邊沿在時(shí)序上與DQ 的信號(hào)邊沿處對(duì)齊， 而寫(xiě)操作時(shí)，DQS信號(hào)的邊沿在時(shí)序上與DQ信號(hào)的中心處對(duì)齊。

下面以圖1-DDR SDRAM讀操作時(shí)序圖為例，說(shuō)明DQS的控制原理：

①在沒(méi)有數(shù)據(jù)輸出的狀態(tài)時(shí)，DQS處于高阻抗水平。

② 接到READ指令后，DQS信號(hào)變?yōu)榈妥杩梗?并較數(shù)據(jù)輸出時(shí)間提前一個(gè)周期。

③ D Q S 信號(hào)在CLK與CLK# 的交叉點(diǎn)與數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)生成，頻率與CLK相同。

④DQS信號(hào)持續(xù)到讀脈沖突發(fā)完了為止， 完了后再度恢復(fù)到高阻抗水平。

2 基本規(guī)格

DDR SDRAM的基本規(guī)格（表1）。

表1 DDR SDRAM的基本規(guī)格

3 DDR200 的PCB 設(shè)計(jì)方法

下面以汽車(chē)音響導(dǎo)航系統(tǒng)中使用的DDR200為例，從PCB疊層結(jié)構(gòu)的選擇、布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、串?dāng)_、電源完整性和時(shí)序等方面考慮的PCB設(shè)計(jì)方法。

3.1 PCB疊層結(jié)構(gòu)的選擇

線路板的疊層結(jié)構(gòu)直接決定了信號(hào)在各導(dǎo)體層的傳輸速度及延遲時(shí)間。根據(jù)電路構(gòu)成及結(jié)構(gòu)限制，結(jié)合高速信號(hào)及電源的返回路徑等EMI要求，在設(shè)計(jì)初期確定好疊層結(jié)構(gòu)以及重要信號(hào)的布線層是十分重要的。本例的疊層結(jié)構(gòu)及重要信號(hào)的布線層如圖3 所示。

根據(jù)板材不同， 導(dǎo)體銅厚， 各絕緣層厚及介電常數(shù)等也會(huì)有差異，導(dǎo)致高速信號(hào)傳輸線的特性阻抗Zo及傳輸延時(shí)Tpd的不同。

板材中絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)εr=4.0,絕緣層厚PP1=60μm,PP2=200μm,PP3=800μm,導(dǎo)體銅厚35μm,且線寬W=100μm時(shí)，信號(hào)在表層（L1、L6）的傳輸延時(shí)Tpd≒140ps,特性阻抗Zo≒56Ω，在內(nèi)層L3布線的傳輸延時(shí)Tpd≒170ps,特性阻抗Zo≒84Ω。

3.2 DDR SDRAM信號(hào)的布線標(biāo)準(zhǔn)

為控制傳輸線的阻抗及延時(shí)等的影響， 要先確定以下的布線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：

*高速信號(hào)線條寬度，以保證傳輸線特性阻抗值：差分信號(hào)Zo 100Ω，其他信號(hào)Zo≒50Ω。

*為減少傳輸線間的串?dāng)_，確定最小間距值。實(shí)際布線時(shí)要盡可能加大間距。

*可用過(guò)孔的孔直徑及過(guò)孔焊盤(pán)直徑：

①Build-up積層激光沖壓孔②內(nèi)層盲埋孔（L2到L5使用）③通孔（L1到L6用）④各種過(guò)孔焊盤(pán)間最小間距。

　　3.3 DDR SDRAM器件的布局結(jié)構(gòu)圖

DDR的數(shù)據(jù)傳送通常是一個(gè)發(fā)射端對(duì)應(yīng)多個(gè)接收端的結(jié)構(gòu)， 為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步傳送，延遲時(shí)間的控制尤為重要。在構(gòu)建器件Layout的時(shí)候重點(diǎn)考慮傳輸線分歧節(jié)點(diǎn)的選定，各段傳輸長(zhǎng)度相等等要求。如圖4,將DDR相關(guān)電路中的元器件都放在同一個(gè)面上， 并通過(guò)" 星型及Y 型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)"實(shí)現(xiàn)CLK、Data數(shù)據(jù)組，及Address/Command等各數(shù)據(jù)組之間的等長(zhǎng)布線控制。

　　3.4 高頻信號(hào)的布線優(yōu)先順序

依照設(shè)計(jì)要求的嚴(yán)格程度從最重要的信號(hào)線開(kāi)始布起，順序?yàn)椋?/FONT>