1、DDR电路简介
RK3588 DDR 控制器接口支持 JEDEC SDRAM 标准接口,原理电路16位数据信号如图8-1所示,地址、控制信号如图8-2所示,电源信号如图8-3所示。电路控制器有如下特点:
① 兼容 LPDDR4/LPDDR4X/LPDDR5 标准。
② 支持 64bits 数据总线宽度,由 4 个 16bits 的 DDR 通道组成,每个通道容量最大寻址地址 8GB;4个通道容量可支持总容量达到 32GB。
③ 两个 16bits 组成一个 32bits 通道,2 个 32bits 通道(即图纸中 CH0、CH1 通道)不能采用不同容量的颗粒配置,如 4GB+2GB。
④ 支持 Power Down、Self Refresh 等模式。
⑤ 具有动态 PVT 补偿的可编程输出和 ODT 阻抗调整。
2、DDR电路设计建议
① RK3588 DDR PHY 和各 DRAM 颗粒原理图保持与瑞芯微原厂设计一致性,包含DDR电源部分的去耦电容。
② K3588 可支持 LPDDR4/LPDDR4X、LPDDR5,这些 DRAM 具有不同 I/O 信号,根据 DRAM 类型选择对应的信号。
③ DQ,CA 顺序全部不支持对调,如果PCB布线需要调整管脚,与瑞芯微原厂FAE沟通。
④ LPDDR4/4x/LPDDR5 的颗粒 ZQ 必须接 240ohm 1%到 VDDQ_DDR_S0 电源上。
⑤ LPDDR4/4x 的颗粒 ODT_CA 必须接 10Kohm 5%到 VDD2_DDR_S3 电源上。
⑥ 内置 Retention 功能,DDR 进入自刷新期间,DDR 控制器端 DDR_CH_VDDQ_CKE 的电源脚需要保持供电,其它电源可关闭;DDR 颗粒的 VDDQ 电源在 tCKELCK 关闭 5ns 后也可以关闭,其它电源不能关。
⑦ LPDDR5 引入了 WCK 时钟;LPDDR5 有两个工作时钟,一个是 CK_t 和 CK_c,用于控制命令、地址的操作。一个是 WCK_t 和 WCK_c,WCK 可以是 CK 频率的 2 倍或 4 倍运行;当 Write 时,WCK 是时钟也是 Write datastrobe;当 Read 时,WCK 是 DQ 和 RDQS 的时钟,RDQS 是 Read data strobe 信号。
⑧ RK3588 支持 DVFSC Mode(运行 LPDDR5 时),DVFSC 模式支持在 VDD2L(0.9V)和 VDD2H(1.05V)两个电压之间进行切换,即高频运行时采用 VDD2H 电压工作,低频运行时采用 VDD2L 电压工作。
3、DDR 拓扑结构与匹配方式设计
① LPDDR4/4x 2 颗 32bit 时,DQ、CA 采用点对点拓扑结构,如图8-4所示,匹配方式为LPDDR4 颗粒 DQ、CLK、CMD、CA 都支持 ODT,全部点对点连接即可。
② LPDDR5 2 颗 32bit 时,DQ、CA 采用点对点拓扑结构,如图8-5所示,匹配方式为LPDDR5 颗粒 DQ、CLK、CMD、CA 都支持 ODT,全部点对点连接即可。
4、DDR 电源设计和上电时序要求
① RK3588 DDR PHY 供电电源汇总如表8-1所示:
②LPDDR4/4x/LPDDR5 颗粒供电电源汇总如表8-2所示:
5、DDR 电源设计电路建议
(1) 采用双 PMIC 电源方案时供电电路
① 采用瑞芯微配套PMIC 型号为 RK806-2,务必注意,根据实际使用 DRAM 颗粒,同步修改 PMIC2 RK806-2FB9(pin66)的分压电阻阻值,使得 VDDQ_DDR_S0 输出电压与颗粒相匹配,如图8-6所示。
② 采用瑞芯微配套PMIC 型号为RK806-2,务必注意,根据实际使用DRAM颗粒,同步修改PMIC2 RK806-2FB9(pin66)的分压电阻阻值,使得VDD2_DDR_S3输出电压与颗粒相匹配,如图8-7所示。
(2) 采用单 PMIC 电源方案时供电电路
① 采用瑞芯微配套PMIC 型号为 RK806-1,务必注意,根据实际使用 DRAM 颗粒,同步修改 PMIC RK806-1FB9(pin66)的分压电阻阻值,使得 VDDQ_DDR_S0 输出电压与颗粒相匹配,如图8-8所示。
② 采用瑞芯微配套PMIC型号为RK806-1,务必注意,根据实际使用DRAM 颗粒,同步修改PMIC RK806-1 FB6(pin31)的分压电阻阻值,使得VDD2_DDR_S3输出电压与颗粒相匹配,如图8-9所示。
③ 瑞芯微原厂RK3588电路图纸参考模板里提供了LPDDR4 和 LPDDR4x 兼 容 设 计,需要注意的是:必须根据实际物料选择相应的电路。贴 LPDDR4 颗粒时,只需要贴 R3811 电阻,R3808 不贴;贴 LPDDR4x 颗粒时,只需要贴 R3808 电阻,R3811 不贴,如图8-10所示。
6、DDR电路叠层与阻抗设计
(1) 8层通孔板1.6mm厚度叠层与阻抗设计
在8层通孔板叠层设计中,顶层信号L1的参考平面为L2,底层信号L8的参考平面为L7。建议层叠为TOP-Gnd-Signal-Power-Gnd-Signal-Gnd-Bottom,基铜厚度建议全部采用 1oZ,厚度为1.6mm。详细的叠层与阻抗设计过程见白皮书第2章。板厚推荐叠层如图8-11所示,阻抗线宽线距如图8-12所示。
(2) 10层1阶HDI板1.6mm厚度叠层与阻抗设计
在10层1阶板叠层设计中,顶层信号L1的参考平面为L2,底层信号L10的参考平面为L9。建议层叠为TOP-Signal/Gnd-Gnd/Power-Signal-Gnd/Power-Gnd/Power-Gnd/Power-Signal-Gnd-Bottom,其中L1,L2,L9,L10,建议采用1oZ,其它内层采用HoZ。详细的叠层与阻抗设计过程见白皮书第2章。板厚推荐叠层如图8-13所示,阻抗线宽线距如图8-14所示。
(3) 10层2阶HDI板1.6mm厚度叠层与阻抗设计
在10层2阶板叠层设计中,顶层信号L1的参考平面为L2,底层信号L10的参考平面为L9。建议层叠为TOP-Gnd-Signal-Gnd-Power-Signal/Pow -Gnd-Signal-Gnd-Bottom,其中L1,L2,L3,L8,L9,L10,建议采用1oZ,其它内层采用HoZ。细的叠层与阻抗设计过程见白皮书第2章。板厚推荐叠层如图8-15所示,阻抗线宽线距如图8-16与8-17所示。
7、DDR电路阻抗线与阻抗要求
①所有通道数据DQ、DM单端信号阻抗40欧姆,如果叠层无法满足40欧目标阻抗,至少保证阻抗满足45ohm±10%,40欧目标阻抗信号余量会更大,45欧目标阻抗信号余量会更小,如图8-18所示。
② 所有通道地址、控制单端信号阻抗40欧姆,如图8-19所示。
③ CKE单端信号阻抗50欧姆,如图8-20所示。
3、所有通道数据锁存信号DQS与时钟差分信号阻抗80欧姆,如果叠层无法满足80欧目标阻抗,至少保证阻抗满足90ohm ±10%,如图8-21所示。
8、 DDR电路PCB布局布线要求
① 由于RK3588 DDR接口速率最高达4266Mbps,PCB 设计难度大,所以强烈建议使用瑞芯微原厂提供的 DDR模板和对应的 DDR 固件。DDR 模板是经过严格的仿真和测试验证后发布的。在单板PCB设计空间足够的情况下,优先考虑留出DDR电路模块所需要的布局布线空间,拷贝瑞芯微原厂提供的 DDR 模板,包含芯片与DDR颗粒相对位置、电源滤波电容位置、铺铜间距等完全保持一致。如图8-22至8-29所示。
② 如果自己设计 PCB,请参考以下PCB 设计建议,强烈建议进行仿真优化,然后与瑞芯微原厂FAE进行确认,确认没问题以后在进行打样调试。
● CPU 管脚,对应的 GND 过孔数量,建议严格参考模板设计,不能删减 GND 过孔。8 层通孔的 PCB模板,CPU 管脚 GND 过孔设计如图8-30所示,黄色为DDR管脚信号,地管脚为红色。
● 信号换层前后,参考层都为GND平面时,在信号过孔25mil(过孔和过孔的中心间距)范围内需要添加 GND 回流过孔(黄色为DDR信号,红色为GND信号),改善信号回流路径,GND 过孔需要把信号换层前后 GND 参考平面连接起来。一个信号过孔,至少要有一个 GND 回流过孔,尽可能增加 GND 回流过孔数量,可以进一步改善信号质量,如图8-31所示。
● GND过孔和信号过孔的位置会影响信号质量,建议GND过孔和信号过孔交叉放置如图8-32所示,虽然同样是4个GND回流过孔,4个信号过孔在一起的情况要避免,这种情况下过孔的串扰最大。
● 8层板,建议 DDR 信号走第一层、第六层、第八层。DQ、DQS、地址和控制信号、CLK 信号都参考完整的GND 平面。如果 GND 平面不完整,将会对信号质量造成很大的影响。
● 如图8-33所示,当过孔导致信号参考层破裂时,可以考虑用 GND 走线优化下参考层,改善信号质量。
● 绕线自身的串扰会影响信号延时,走线绕等长时注意按图8-34所示。
蛇形线是Layout中经常使用的一类走线方式。其主要目的就是为了时序匹配。设计者首先要有这样的认识:蛇形线会破坏信号质量,改变传输延时,布线时要尽量避免使用。但实际设计中,为了保证信号有足够的保持时间,或者减小同组信号之间的时间偏移,往往不得不故意进行绕线。走差分线的时候应该注意尽量增加平行线段的距离(S),一般要求至少大于3W。
● 在做等长时,需要考虑过孔的延时,如图8-35所示。
● 非功能焊盘会破坏铜皮,以及增大过孔的寄生电容,需要删除过孔的非功能焊盘,做无盘设计。
● 走线距离过孔越近,参考平面越差,走线距离过孔钻孔距离建议≧8mil,有空间的地方增大间距。
● 调整过孔位置,优化平面的裂缝,不要造成平面割裂,起到改善回流路径的作用,如图8-36所示。
● DQS、CLK、WCLK 信号需要做包地处理,包地线或铜皮建议每隔≦400mil,打一个 GND 过孔,如图8-37所示。
● 对于 VDD_DDR 电源,DCDC 区域电源换层时,建议打≧6 个 0503 过孔。
● 对于 VDDQ_DDR 电源,DCDC 区域电源换层时,建议打≧6 个 0503 过孔。
● 对于 VDD2_DDR 电源,DCDC 区域电源换层时,建议打≧6 个 0503 过孔。
● 对于 VDD1_1V8_DDR 电源,电源平面换层时,建议至少打≧2 个 0402 过孔。
● 每个电容焊盘建议至少一个过孔,对于 0603 或者 0805 封装的电容建议一个焊盘对应两个过孔,过孔的位置要靠近管脚放置,减小回路电感。
9、DDR电路PCB设计时序要求
由于 8 层板,表层和内层都有走线。无论是单端信号还是差分信号,表层走线和内层走线,速率有差异。表层走线,单端信号和差分信号速率有差异。内层走线,单端信号和差分信号差异较小。过孔速率和走线速率有差异,为了减小速率差异对信号余量的影响,设计规则需要按等延时来要求。PCB 设计时,需要按实际制板的叠层设置叠层参数,同时把封装延时,和过孔延时考虑进来,具体的时序要求如表8-3所示。
1.2 EMMC模块电路的PCB设计建议
1、EMMC电路简介
EMMC (Embedded Multi Media Card)是MMC协会订立、主要针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格。EMMC在封装中集成了一个控制器,提供标准接口并管理闪存。原理电路8位数据信号如图8-38所示,地址、控制信号如图8-39所示,电源信号如图8-40所示。RK3588 EMMC 控制器有如下特点:
① 兼容 5.1、5.0、4.51、4.41 规范。
② 支持 1bit、4bit、8bit 三种数据总线宽度。
③ 支持 HS400 模式,向下兼容 HS200、DDR50 等模式。
④ 支持 CMD Queue。
2、EMMC电路设计建议
RK3588 eMMC 接口和 FSPI Flash(一个复用口 FSPI_M0)接口复用,在 eMMC 接口设计时,eMMC信号接法请按参考图8-41所示电路图,包含各路电源去耦电容。使用 eMMC 时,引导代码放置在 eMMC 里。
3、EMMC电路匹配方式设计
EMMC 接口上下拉和匹配设计推荐如表8-4所示。
4、EMMC电路PCB布局布线要求
① EMMC控制器在放置时钟信号的下拉电阻时要靠近管脚放置;时钟信号需要包地处理,地线每隔200mil打一个地过孔,如图8-42所示。
② EMMC的数据信号、时钟信号和控制信号需要控制50ohm阻抗。
③ EMMC个电源管脚的滤波电容靠近对应的管脚放置,尽量保证一个管脚一个,如图8-43所示。
④ 时钟、数据、CMD信号需要做蛇形等长,误差小于120mil。走线的总长度不要超过3500mil。
⑤ EMMC芯片封装为0.5pitch的bga封装,有很多空的管脚,走线可采用经过不用的EMMC引脚走线的方式出线,降低对PCB制板间距的要求。
⑥ EMMC所有信号少换层打孔,过孔数量尽量不要超过两个,EMMC 信号换层前后,参考层建议都为地平面,在信号过孔 30mil(过孔和过孔的中心间距)范围内建议添加地回流过孔,改善信号回流路径,地过孔需要把信号换层前后地参考平面连接起来。
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原文标题:RK3588 存储器的PCB设计建议(附白皮书下载)
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