PCB设计十大误区-绕不完的等长（三）

edadoc

作者：一博科技

源同步总线时序
上一篇《PCB设计十大误区-绕不完的等长（二）》文章不知道大家有没有看晕了，讲时序确实是吃力不讨好哈。看看上一篇文章大家的回复：
@南昌米粉-萝卜妈：最大还是受限于Tco，一般2点几个ns，速率越高时序越难满足，所以共同时钟就升级为源同步，信号时钟从同一个芯片发出。

@绝对零度：主要因素是时钟的串扰，数据的Tco难以减小。解决方法就是使用源同步时钟系统，和差分时钟。典型应用就是DDR。

@山水江南：共同时钟总线的数据时长与时钟时长不匹配，还受时序偏差最大的通道影响，如：时钟偏差、数据偏差、Jitter、串扰等。使用源同步时钟，让时钟和每Bit数据一起发送，消除时钟和数据的偏差。

@Erick：随着频率的提高，共同时钟的限制因数有如下：时钟到达两个芯片的clock skew，数据中各个data的skew，以及clock和data之间的skew越来越难控制. 采用源同步时钟，可以有效解决clock skew，而且clock 和data采用组内差分走相同路径也可以解决clock和data之间skew. 但是源同步受限与clock频率的提高来提升带宽，这样就要讲讲内嵌时钟的大serdes了。

上期问题：影响共同时钟总线速率提升最关键的因素有哪些？行业是怎么解决这个问题的？（提示：内同步时钟和源同步时钟）

看来大家还是有不少人说到了重点的：

    影响共同时钟时序很重要的一个因素是较大的Tco，当然飞行时间也是一个问题。
    由于芯片工艺因素以及适当的保持时间需求，Tco不能太小，通常都在3ns以上，甚至有的Tco max达到5.4ns，这时候如果时钟速率在133M以上，一个时钟周期的时间基本被Tco吃掉了。
    综上因素，共同时钟总线速率很难提升到200M以上，其实行业公认共同时钟总线速率在133M以上的时候设计难度已经非常大了。


既然Tco是影响共同时钟总线速率的重要因素，那么有什么办法可以解决这个问题呢？

工程师的创新力是无穷的，解决办法也非常简单，不再用外部时钟来同步数据了，而是时钟和数据一起往前走。你数据发出有Tco延时，我时钟发出照样有Tco延时，于是两个Tco就抵消了。晕了？我们看图说话，如下图所示:


    CLK触发之后，经过一个相同的Tco延时，数据和Strobe信号一起发出
    数据和Strobe信号经过同样的Flight Time，达到接收端
    接收端根据Strobe信号来对数据进行采样，需要满足建立保持时间


这样的方式就是源同步时序总线，由于Strobe和Data一起出发，一起行动，解决了时钟触发的延时（Tco）问题，也一起克服路上遇到的艰难险阻（T Flight Time）。这个方式是不是很像生活中理想的夫妻模式呢？

这种情况下，走线的长短已经不是问题了，反正我们步调一致。对了，关键就是步调一致，反映到走线，就是尽量等长。再次借用Cadence Allegro的规则管理器来解释，源同步时钟总线最合适的电子规则就是我们常用的Propagation Delay啦。

如果我们把源同步时钟总线比喻成夫妻生活，步调一致，一起克服困难；那么返回头看看共同时钟总线，是不是可以理解为恋爱时候的关系呢，虽然男女之间的目的是一致的，都是到达接收端（结婚），然后有一定的裕量（生活）。但是由于没有达成信任与默契，需要更多的外部条件来协调。然后女生对男生说，不管你有多好，基本条件（房子车子）是要满足的，这就是Total Etch Length的要求，你必须满足一个最大最小的范围条件。


DDR3/DDR4时序关系概述
DDR是典型的源同步时序，我们就以DDR3为例，详细说明下DDR设计需要满足的时序关系。

上文说到，源同步时钟的目标就是Strobe和Data一起到达，然后满足到达之后的建立保持时间关系。按照这个目标，只要Strobe和Data等长设计，好像DDR的速率提升就不是什么问题了。不去说什么能不能跑到10Gbps或者更高速率，至少在DDR3的1600Mbps不会有什么困难。总共一两百皮秒的建立保持时间需求，就算加上derating的数据，对于1.25ns的Tck来说，好像都不会有任何问题。



但是下面这张表格告诉我们，源同步时序系统速率提升之后，除了Tck变小会让时序裕量变小之外，还有更多其他因素会影响时序。


码间干扰（ISI），数据线之间的串扰（Crosstalk），还有同步开关噪声（SSN）等，都会吃掉大量的时序裕量。

所以在设计中，我们要遵循下面的分组等长原则（DDR3的DQS和CLK不需要用绕线等长的方式来控制时序，而是通过芯片内部的读写平衡功能，我们在DDR3系列文章中已经多次提出来了）

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学习了，大家一起看看,

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