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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
キーサイト・テクノロジー合同会社 アプリケーションエンジニアリング部門小室 行央
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メモリ・トレンド
2
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
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DDR4/LPDDR4の仕様
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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
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2016年5月31日
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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
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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
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DDRはトラブルが起こりやすい
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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
D
ispl
ay
PCIe
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DDRバス・アーキテクチャ
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シングルエンド&パラレル
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電源のノイズの影響を受けやすい
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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 キーサイト Webセミナー2016
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マルチドロップ
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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
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クロストーク
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クロストーク・シミュレーション
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等長配線
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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
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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
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Infiniiscanトリガ機能
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直感的な万能トリガ
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ジッタ解析で原因究明
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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
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事例:定常的な電源の揺れ
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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
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事例:突発的な電源の揺れ
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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
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電源ノイズ・アナライザ
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Sシリーズ・オシロ+N7020A Power Railプローブ
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従来見えなかった電源の挙動がくっきり
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従来のプローブ
Power Railプローブ
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圧倒的なノイズ差
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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
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DDRバーストに連動
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バースト時に電圧降下
電源
DDRバースト
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N6705B電源アナライザ
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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。
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事例:電流スパイク・トラブル
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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。。。
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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
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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
25 キーサイト Webセミナー2016
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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。
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クロストーク・トラブル事例
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: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
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クロストーク・トラブル事例
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Victim
Victim
Aggressor
Aggressor
ネットアナ測定環境
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Aggressor1
キーサイト・ワールド2015
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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
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Aggressor2
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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)
Automotiveシンポジウム 2016 2016年1月22日
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どこが問題?
キーサイト・ワールド2015
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Write 波形
Read 波形
直前のWRITEを確認
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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
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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
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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
42 キーサイト Webセミナー2016
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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。
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Controller DRAM
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DDRトラブル対策ソリューション
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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 キーサイト Webセミナー2016
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