DDR3的电源

本文介绍了DDR内存中的三种电源设计:主电源VDD/VDDQ、参考电源Vref和用于匹配的电压VTT。讨论了每种电源的具体作用、设计要求及其在电路中的应用细节。
以前在DDR 硬件电路设计过程中,关于DDR的电源设计部分存在着不合理的部分,下面简单介绍一下DDR的电源:
DDR的电源可以分为三类:
(1)主电源VDD和VDDQ
主电源的要求是VDDQ=VDD,VDDQ 是给IO buffer供电的电源,VDD 是给但是一般的使用中都是把VDDQ和VDD 合成一个电源使用。有的芯片还有VDDL,是给DLL供电的,也和VDD使用同一电源即可。
电源设计时,需要考虑电压,电流是否满足要求,电源的上电顺序和电源的上电时间,单调性等。
电源电压的要求一般在±5%以内。
电流需要根据使用的不同芯片,及芯片个数等进行计算。由于DDR 的电流一般都比较大,所以PCB 设计时,如果有一个完整的电源平面铺到管脚上,是最理想的状态,并且在电源入口加大电容储能,每个管脚上加一个10nF~100nF的小电容滤波。

(2)参考电源Vref
Vref 为参考电压,要求精准恒定,用于判断信号高低电平的依据。
所有的DDR信号其实都是差分信号,其都是相对于Vref的,所以也都是差分信号,更详细的内容参见“高速电路设计实践”中关于DDR的章节。
参考电源Vref要求跟随VDDQ,并且Vref=VDDQ/2,所以可以使用电源芯片提供,也可以采用电阻分压的方式得到。由于Vref一般电流较小,在几个mA~几十mA 的数量级,所以用电阻分压的方式,即节约成本,又能在布局上比较灵活,放置的离Vref管脚比较近,紧密的跟随VDDQ电压,所以建议使用此种方式。需要注意分压用的电阻在100~10K均可,需要使用1%精度的电阻。
Vref参考电压的每个管脚上需要加10nF的电容滤波,并且每个分压电阻上也并联一个电容较好。
Vref又分为Vrefca和Vrefdq:
Vrefca Supply Reference voltage for control, command, and address: Vrefca must be
maintained at all times (including self refresh) for proper device operation.
Vrefdq Supply Reference voltage for data: Vrefdq must be maintained at all times (excluding self
refresh) for proper device operation.
下面是FSL i.MX6设计截图:

Maintain at least a 20–25 mil clearance from V REF to other traces; if possible, isolate VREF with adjacent
ground traces.(nxp-fsl设计指导书)

(3)用于匹配的电压VTT(Tracking Termination Voltage)
VTT,用于上下拉电阻的电源,电流大,波动大,噪声也大。
VTT为匹配电阻上拉到的电源,VTT=VDDQ/2。DDR 的设计中,根据拓扑结构的不同,有的设计使用不到VTT,如控制器带的DDR器件比较少的情况下。如果使用VTT,则VTT 的电流要求是比较大的,所以需要走线使用铜皮铺过去。并且VTT要求电源即可以提供电流,又可以灌电流(吸电流)。
一般情况下可以使用专门为DDR 设计的产生VTT 的电源芯片来满足要求(曾经使用过程中用了简单的线性稳压器也没发现出现什么问题,这种方式还是不建议的!)。
而且,每个拉到VTT 的电阻旁一般放一个10nF~100nF的电容,整个VTT 电路上需要有uF级大电容进行储能。
一般情况下,DDR 的数据线都是一驱一的拓扑结构,且DDR2和DDR3内部都有ODT做匹配,所以不需要拉到VTT做匹配即可得到较好的信号质量。而地址和控制信号线如果是多负载的情况下,会有一驱多,并且内部没有ODT,其拓扑结构为走T 点的结构,所以常常需要使用VTT 进行信号质量的匹配控制。

一般要确保VTT至少有150mil的走线宽度。
Ensure a wide surface trace (~150 mils) is used for the VTT island trace.(nxp-fsl设计指导书)

<think>嗯,用户这次的问题聚焦在DDR3电源滤波电容的选择上,这是个非常专业的硬件设计问题。从用户引用的两段技术资料来看,ta应该是个电子工程师,正在设计DDR3接口电路,需要具体的电容选型指导。 用户引用的第一段关于电源旁路电容的原理很关键,特别是提到ns级电流需求变化和分布电感的影响。第二段则明确了VREF电源的特殊处理方式。这说明用户不仅需要通用规则,更需要针对DDR3这种高速内存的特定设计要点。 考虑到DDR3的工作特性:核心频率可达800-1600MHz,数据速率是核心频率的两倍,瞬时电流变化可能达到安培级别。滤波电容的选择必须满足三个核心需求:超低ESR提供低阻抗通路、小封装降低寄生电感、合理的容值组合覆盖宽频带。 在技术参数方面,应该重点强调三个维度:容值组合策略(从10uF到0.1uF的多级覆盖)、电压降额要求(至少50%余量)、ESR/ESL的临界值(ESL最好低于0.5nH)。特别是X7R/X5R这类温度稳定型介质,对DDR3这种可能工作在高热环境下的器件至关重要。 布局策略需要特别强调"先过电容后进芯片"的原则,用户引用的图4也印证了这点。对于VREF这种敏感电源,还要补充说明必须使用π型滤波,且分压电阻的走线要避免引入噪声。 用户可能没意识到但实际很重要的点是电容的直流偏压特性——MLCC电容在直流偏压下实际容值会大幅下降,比如10V耐压的电容在5V工作时容值可能只剩60%。这个隐藏参数必须在选型时查清datasheet里的偏压特性曲线。 最后想到需要提醒用户注意DDR3的VREF分割问题:从DDR3开始VREFCA和VREFDQ分离,两者的电容接地端应该分别接到对应的接地平面,避免数字噪声通过地回路耦合。</think>以下是DDR3电源滤波电容选型的技术要点,结合电源完整性和信号完整性要求: ### 一、核心选型原则 1. **阻抗匹配** 目标阻抗计算: $$Z_{target} = \frac{V_{dd} \times Ripple\%}{I_{max}}$$ 例如:1.5V电源,5%纹波,1A瞬态电流 → $Z_{target} = 75m\Omega$ 2. **频段覆盖** DDR3噪声频谱主要分布在**10MHz-500MHz**,需组合不同容值电容: - 低频段(10-100MHz):10μF陶瓷电容(1206封装) - 中频段(50-200MHz):1μF陶瓷电容(0805) - 高频段(>200MHz):0.1μF陶瓷电容(0402) + 0.01μF(0201) ### 二、关键参数要求 | 参数 | 推荐值 | 说明 | |-------------|----------------|-----------------------------| | **介质材料** | X7R/X5R | 温度稳定性优于Y5V | | **ESR** | <10mΩ | 0805封装1μF电容典型ESR=5mΩ | | **ESL** | <0.5nH | 0201封装电容可低至0.3nH | | **电压规格** | 2倍工作电压 | 1.5V电源3.3V耐压电容 | ### 三、布局布线规范 1. **电容放置优先级** ```mermaid graph LR A[电源引脚] --> B[0402 0.1μF] B --> C[0805 1μF] C --> D[1206 10μF] ``` 2. **VREF特殊处理** - 采用π型滤波:$V_{REF} \rightarrow 10\Omega电阻 \rightarrow 0.1\mu F \xrightarrow{布线}<0.5mm \rightarrow 芯片引脚$ - 避免分压电阻直连芯片(引用[2]图4原则) ### 四、容值计算实例 假设DDR3芯片瞬态电流$dI=0.8A$,允许电压波动$dV=30mV$,时间$dt=2ns$: $$C = \frac{I \cdot dt}{dV} = \frac{0.8 \times 2\times10^{-9}}{0.03} \approx 53nF$$ 实际需选用**56nF+100nF组合**覆盖边缘频率。 ### 五、工程验证方法 1. **频域扫描**:使用网络分析仪测量电源阻抗曲线 2. **时域测试**:示波器检测纹波(<50mV@1.5V) 3. **热成像检测**:排除电容谐振导致的局部发热 > **设计要点**:优先在芯片背面放置0402电容(过孔电感仅0.1nH),VREF滤波电容必须独立接地平面,避免与数字地共享[^1][^2]。
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