メモリ トレンド DDR4 と LPDDR4 の速度域が重なる V DDR4 1.8V 1.2V LPDDR4 1.1V DDR4 と LPDDR4 の速度域が重なる DDR2 DDR3 DDR4 LPDDR1/2/3/

キーサイト ウェブセミナー 2016

2016年5月31日

誰もが陥るDDRメモリトラブル回避法

メモリ・トレンド

DDR4とLPDDR4の速度域が重なる

100

200

400

800

1600

3200

6400

12800

DDR2

DDR3

DDR4

LPDDR1/2/3/4/5

GDDR2/3/4/5

DDR4 と LPDDR4の

速度域が重なる

DDR4

LPDDR4

1.8V

1.5V

1.1V

1.2V

DDR4/LPDDR4の仕様

JEDEC仕様

DDR4 (JESD79-4)

LPDDR4 (JESD209-4)

Freq range (MHz)

800 - 1600

667 – 2133

Bus width

4, 8,16

2, 4 channel (x16/32)

Transfer rate (MT/s)

1600 - 3200

1333 - 4266

Operating voltage (V)

1.2

1.1

Package

BGA

POP, BGA

Application

Computing, Server

Mobile

本日の内容

1.

なぜDDRはトラブルが多いか？

2.

電源周りのトラブル解析事例

3.

クロストーク・トラブル解析事例

4.

トータル・デバッグ事例

5.

まとめ

DDR2 667

DDR3 800

DDR3 1066

DDR3 1333

DDR3 1667

DDR3 1800

アイ・マージンの縮小

 データレート高速化

 低電圧化

 様々なトポロジー

DDRはトラブルが起こりやすい

 様々な機器 →

電源

への負荷が大きい

 シングエンド、パラレル →

等長配線

クロストーク

多層 →

電源ノイズ

受けやすい

 高速化、低電圧化 → マージンの現象 →

ジッタ

DDR3

DDR3

コントローラ

電源

USB

Dis

pla

y

PCIe

DDRバス・アーキテクチャ

シングルエンド＆パラレル

電源のノイズの影響を受けやすい

差動DQS

電源の影響受けず

シングルエンドDQ

電源の影響受ける

電源

Hi-Z状態

マルチドロップ

終

端

コントローラ

DRAM DRAM

DRAM

反射

反射

終

端

コントローラ

DRAM

DRAM

DRAM

ODT

ODT

クロストーク

クロストーク・シミュレーション

等長配線

物理長ではなく、電気長マッチングが必要

物理長マッチング

130 mm ミアンダ

130 mm スイッチバック

72 ps

電気長マッチング

130 mm ミアンダ

119 mm スイッチバック

Δ11mm

Controller

DRAM

本日の内容

1.

なぜDDRはトラブルが多いか？

2.

電源周りのトラブル解析事例

3.

クロストーク・トラブル解析事例

4.

トータル・デバッグ事例

5.

まとめ

Infiniiscanトリガ機能

直感的な万能トリガ

ジッタ解析で原因究明

EZJITジッタ解析機能

クロック生波形

ヒストグラム

=ジッタ分布

トレンド

=ジッタ変動

スペクトラム

=ジッタ周波数成分

他信号との相関を見る

ピーク周波数を見る

事例：定常的な電源の揺れ

ジッタ変動

ジッタ周波数

電源波形

CLK

電源のゆれ

と同期して、ジッタが変動

している

ジッタ周波数は1MHz

⇒

1MHzのスイッチング電源の揺れ

が原因

電源回路のコンデンサの容量

を変更

電源の揺れが小さくなる

Δ=1μs

1/Δ=1MHz

1MHz

Page

事例：突発的な電源の揺れ

クロックのジッタ挙動

電源波形

電源によるトラブルは非常に多い

Page

電源ノイズ・アナライザ

18

Sシリーズ・オシロ＋N7020A Power Railプローブ

Page

従来見えなかった電源の挙動がくっきり

従来のプローブ

Power Railプローブ

Page

圧倒的なノイズ差

FFT比較で一目瞭然

従来のプローブのFFT

Power RailプローブのFFT

Page

DDRバーストに連動

バースト時に電圧降下

電源

DDRバースト

Page

N6705B電源アナライザ

DDRトラブル解析で頻繁に使われる

4出力の投入シーケンス

任意波形発生

スコープビュー

データロギング

サイン、パルス、エクスポーネンシャルなど

7つの波形を用意。

任意波形も作成可能（最大512ポイント）

オシロスコープのように電圧/電流変動を波形で捕捉。

最大50kHzのサンプリング速度と4096ポイントメモリ。

長時間の消費電流モニタなどに最適。

64MBメモリ内蔵。

外部USBメモリを使用すれば測定時間も拡張可能。

4チャンネルの出力タイミングの調整や各出力の

スルーレートを調整可能。

Page

事例：電流スパイク・トラブル

電源アナライザなら電流もくっきり

電源アナライザを使用したところ、

問題発生直前に大きな電流が流れている

ことが分かった。

電流プローブの影響により

ノイズに埋もれている

常にWrite時にエラーが発生し、

スパイクが観測されることが分かった。

オシロで電流を観測すると。。。

トラブル発生の瞬間を捉えることに成功

有るパターンが発生した際に、

電流スパイクが観測される

事例：電流スパイク・トラブル

電流スパイク後に

WRITE停止

本日の内容

1.

なぜDDRはトラブルが多いか？

2.

電源周りのトラブル解析事例

3.

クロストーク・トラブル解析事例

4.

トータル・デバッグ事例

5.

まとめ

Page

コマンド信号

クロック信号

他のアドレス信号

Victim : アドレス信号

他のアドレスが一斉に遷移する際、

300mVも揺れている。

基板でクロストークの可能性大。

クロストーク・トラブル事例

：ADR7（Victim）

：ADR9（Aggressor1）

：ADR8

：ADR2（Aggressor2）

コントローラ

アドレスA7がVictim。

アドレスA9とアドレスA2がVictimA7に与えている影響を測定する

クロストーク・トラブル事例

Victim

Victim

Aggressor

Aggressor

ネットアナ測定環境

Aggressor1

隣りのADD9

コントローラ

ＤＲＡＭ

：ADR7（Victim）

：ADR9（Aggressor1）

Far-End Crosstalk

Near-End Crosstalk

 クロストークを実測で確認

 1Vに対し、250mV漏れてる

Aggressor2

途中で上下のADD2

コントローラ

Far-End Crosstalk

Near-End Crosstalk

 ADD9に比べてクロストーク小

 1Vに対し、漏れは50mV

ＤＲＡＭ

：ADR7（Victim）

：ADR2（Aggressor2）

どこが問題？

クロストークの発生場所を確認

コントローラ

ＤＲＡＭ

：ADR7（被害者）

：ADR9（容疑者１）

 ネットアナの原点でNear-End

Crosstalkが立ち上がってる

 コントローラを出た瞬間に乗り

移っている

原点

Page 32

Momentumで電磁界解析

IC直下のGNDが弱い場合

GNDを強化した場合

 GNDが弱いので各層に共振（電流が漏れてた）

 ネットアナ実測のおかげで、どこを細かく見れば良いか分かった

Page

本日の内容

1.

なぜDDRはトラブルが多いか？

2.

電源周りのトラブル解析事例

3.

クロストーク・トラブル解析事例

4.

トータル・デバッグ事例

5.

まとめ

Page 34

 テレビ画面にドットやラインが突発的に現れる

 アイパターンは十分開いていて、ジッタも少ない

Read Eye

Write Eye

トータル・デバッグ事例

Page 35

コントローラ-ディスプレイ間

ロジック（RGB）

DRAM-コント

ローラ間

アナログ波形

DRAM-コントローラ間

ロジック

測定環境

コントローラ

DRAM

DRAM

Probing

Point

BGAプローブ

ディ

スプ

レイ

これら全てのデータを

１つの画面で観測

Page

コントローラ内部の

異常データ

DQのREAD波形異常

正常

READ波形

正常

READ波形

異常

READ波形

異常

READ波形

WRITE波形

WRITE波形

WRITE波形

問題現象を捉える

Page 37

確かにデータがおかしい。

正常なら 8000, 0008, 8000, 0008…

となるはずが、 0000, 0008, 0000, 0008…

となっている。

ロジアナで異常READを確認

Page 38

異常READデータ (0000, 0008,…)

正常WRITEデータ (8000, 0008,…)

直前のWRITEを確認

1.75ms

Page 39

Write 波形

Read 波形

直前のWRITEを確認

Page 40

1.15V

DDR2のVIH(AC)=1.15Vを超えていないため、DRAMが“1”と判断せず“0”と判定

WRITEの振幅が減衰していた

Page 41

コントローラ内部のインピーダンス・コントロール信号が乱れ、

その直後にDQ, DQSの電圧が減少していた。

DQ

DQS

状況が分かれば、オシロ単独でトリガ

インピーダンス

コントロール

Page

本日の内容

1.

なぜDDRはトラブルが多いか？

2.

電源周りのトラブル解析事例

3.

クロストーク・トラブル解析事例

4.

トータル・デバッグ事例

5.

まとめ

Page

まとめ

DDRはトラブルが最も多いアプリケーションの一つである。

シングルエンド、パラレル、マルチドロップ、双方向のため

反射、クロストーク、電源ノイズ、ジッタなどの問題が多発する。

オシロスコープ単独で解決が難しい場合は、ネットワーク・アナライザ、電

源アナライザ、ロジック・アナライザなどの他の測定器との組み合わせが

有効。シミュレーションとの協調も。

キーサイトはこれら各種測定器とシミュレータを持つ唯一のベンダーなの

で、お客様を強力にサポート可能です。

Controller

DRAM

Page

DDRトラブル対策ソリューション

44

オシロスコープ

Power Railプローブ

EZJITジッタ解析

電源アナライザ

ADS/Momentum

ネット―ワーク・アナライザ

ロジック・アナライザ

電

源

ト

ラ

ブ

ル

ロ

ジ

ッ

ク

ト

ラ

ブ

ル

クロストークトラブル