基于IBM GPM模型的DDR2接口信号完整性分析

　　4.GPM模型在DDR2设计中的应用

　　4.1 IO buffer设置：

　　实际应用不同，创建GPM模型的拓扑结构也不一样，不同的IO buffer模型将直接影响仿真的结果。本文使用IBM的BSSTL18DDR2（单端）和BSSTL18DDR2DIFF（差分）IO buffer构造DDR2接口电路。

　　这两种buffer都是双向的，VDD操作电压为1.1-1.3V, VDD180为1.65-1.95V,通常为1.8V。MCDHALF可以选择驱动能力，当MCDHALF为“0”时，驱动为“Full”；当MCDHALF为“1”时，驱动为“Half”；MCTT0和MCTT1用来配置ODT,其真值表如表1所示：

表1 ODT控制信号设置

　　4.2 拓扑结构：

GPM模型能够精确地对芯片内部包括封装进行建模，也支持客户加入PCB上引入的实际负载信息，同时拓扑结构也很方便修改。图5中显示的就是DDR2在“读”操作和“写”操作时DQS（差分）和DQ(单端)的拓扑结构。

图5 GPM实际拓扑结构示意图

　　当然PCB实际负载可以是S参数模型，也可以是W-Element模型。在仿真过程中,需要考虑实际系统中的各种非连续效应,如阻抗匹配问题,源端终端反射,线间耦合等.

　　4.3 同步开关噪声（SSN）：

　　GPM模型可以很好地支持对同步开关噪声（SSN）进行分析，从而确定芯片布局时所加入的去耦电容是否足够，最终的分析结果可以用来指导芯片的布局，通过增加去耦电容的数量，减少IO和逻辑的密度等方法来满足芯片电源噪声的要求，同时可以联合PCB负载仿真得到板级去耦策略。

图6 VDD电压波形

　　图6是用GPM模型仿真得到的芯片VDD的波形。波形中50ns到60ns之间的一个电压低谷代表了IO同时开始翻转的时刻，而叠加在整个波形中的纹波则体现了GPM窗口中除IO以外的其余逻辑电路翻转对VDD的影响。在设计中需要保证最低电压不低于电路所需的最低电压，一般需满足15%的纹波限制，根据不同的电压域和IO类型，也会有所不同。

　　4.4 时序分析：

　　这里重点介绍利用GPM模型分析DQ与DQS之间的时序关系。在时序分析中最重要的就是通过分析建立时间（setup time）和保持时间（hold time）的裕量（margin）来评估系统的信号质量和稳定性。通常以有效时序窗口（Timing Window）概念来计算，所谓有效时序窗口，是指数据信号从发送端传输到接收端时，建立时间和保持时间的总和（如图7），其取决于板级、封装设计以及接口电路模式的选择。

图7 有效时序窗口--Timing Window