DDR布线规则与过程——最简单的DDR布线教程

DDR-Topology
DDR布线通常是一款硬件产品设计中的一个重要的环节，也正是因为其重要性，网络上也有大把的人在探讨DDR布线规则，有很多同行故弄玄虚，把DDR布线说得很难，我在这里要反其道而行之，讲一讲DDR布线最简规则与过程。



如果不是特别说明，每个步骤中的方法同时适用于DDR1，DDR2和DDR3。PCB设计软件以Cadence Allgro 16.3为例。
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第一步，确定拓补结构（仅在多片DDR芯片时有用）
第二步，元器件摆放
第三步，设置串联匹配电阻的仿真模型
第四步，设置线宽与线距
第五步，走线
第六步，设置等长规则
第七步，绕等长
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第一步，确定拓补结构（仅在多片DDR芯片时有用）

首先要确定DDR的拓补结构，一句话，DDR1/2采用星形结构，DDR3采用菊花链结构。
拓补结构只影响地址线的走线方式，不影响数据线。以下是示意图。

DDR-Topology
星形拓补就是地址线走到两片DDR中间再向两片DDR分别走线，菊花链就是用地址线把两片DDR“串起来”，就像羊肉串，每个DDR都是羊肉串上的一块肉，哈哈，开个玩笑。

YangRouChuan
第二步，元器件摆放

确定了DDR的拓补结构，就可以进行元器件的摆放，有以下几个原则需要遵守：
原则一，考虑拓补结构，仔细查看CPU地址线的位置，使得地址线有利于相应的拓补结构
原则二，地址线上的匹配电阻靠近CPU
原则三，数据线上的匹配电阻靠近DDR
原则四，将DDR芯片摆放并旋转，使得DDR数据线尽量短，也就是，DDR芯片的数据引脚靠近CPU
原则五，如果有VTT端接电阻，将其摆放在地址线可以走到的最远的位置。一般来说，DDR2不需要VTT端接电阻，只有少数CPU需要；DDR3都需要VTT端接电阻。
原则六，DDR芯片的去耦电容放在靠近DDR芯片相应的引脚
以下是DDR2的元器件摆放示意图（未包括去耦电容），可以很容易看出，地址线可以走到两颗芯片中间然后向两边分，很容易实现星形拓补，同时，数据线会很短。

DDR2-Placement
以下是带有VTT端接电阻的DDR2元器件摆放示意图，在这个例子中，没有串联匹配电阻，VTT端接电阻摆放在了地址线可以到达的最远距离。

DDR2-Placement-VTT
以下是DDR3元器件摆放示意图，请注意，这里使用的CPU支持双通道DDR3，所以看到有四片（参考设计是8片）DDR3，其实是每两个组成一个通道，地址线沿着图中绿色的走线传递，实现了菊花链拓补。地址线上的VTT端接电阻摆放在了地址线可以到达的最远的地方。同样地，数据线上的端接电阻也放置在了靠近DDR3芯片的位置，数据线到达CPU的距离很短。同时，可以看到，去耦电容放置在了很靠近DDR3相应电源引脚的地方。
DDR3-Placement

第三步，设置串联匹配电阻的仿真模型

摆放完元器件，建议设置串联匹配电阻的仿真模型，这样对于后续的布线规则的设置是有好处的。
点击Analyze->SI/EMI Sim->Model Assignment，如下图。

Model-Assigment
然后会出来Model Assignment的界面，如下图

Model-Assigment-Menu
然后点击需要设置模型的器件，通常就是串联匹配电阻，分配或创建合适的仿真的模型，如果不知道如何创建，请在互联网上搜索或发邮件给无线时代（Beamsky）。

Model-Assigment-Select
分配好仿真模型之后的网络，使用Show Element命令，可以看到相关的XNET属性，如下图。

XNET-Show-Element
第四步，设置线宽与线距

• DDR走线线宽与阻抗控制密切相关，经常可以看到很多同行做阻抗控制。对于纯数字电路，完全有条件针对高速线做单端阻抗控制；但对于混合电路，包含高速数字电路与射频电路，射频电路比数字电路要重要的多，必须对射频信号做50欧姆阻抗控制，同时射频走线不可能太细，否则会引起较大的损耗，所以在混合电路中，本人往往舍弃数字电路的阻抗控制。到目前为止，本人设计的混合电路产品中，最高规格的DDR是DDR2-800，未作阻抗控制，工作一切正常。
• DDR的供电走线，建议8mil以上，在Allegro可以针对一类线进行物理参数的同意设定，我本人喜欢建立PWR-10MIL的约束条件，并为所有电源网络分配这一约束条件，如下图。
  

PWR-10MIL

• 线距部分主要考虑两方面，一是线-线间距，建议采用2W原则，即线间距是2倍线宽，3W很难满足；二是线-Shape间距，同样建议采用2W原则。对于线间距，也可以在Allegro中建立一种约束条件，为所有DDR走线（XNET）分配这样的约束条件，如下图。
  

DDR-2W

• 还有一种可能需要的规则，就是区域规则。Allegro中默认的线宽线距都是5mil，在CPU引脚比较密集的时候，这样的规则是无法满足的，这就需要在CPU或DDR芯片周围设定允许小间距，小线宽的区域规则，如下图。
  

region-rule
第五步，走线

走线就需要注意的内容比较多，这里只做少许说明。
所有走线尽量短
走线不能有锐角
尽量少打过孔
保证所有走线有完整的参考面，地平面或这电源平面都可以，对于交变信号，地与电源平面是等电位的
尽量避免过孔将参考面打破，不过这在实际中很难做到
走完地址线和数据后，务必将DDR芯片的电源脚，接地脚，去耦电容的电源脚，接地脚全部走完，否则在后面绕等长时会很麻烦的
下图是完成的DDR走线，但尚未绕等长。

DDR-Route-Done
第六步，设置等长规则

对于数据线，DDR1/2与DDR3的规则是一致的：每个BYTE与各自的DQS，DQM等长，即DQ0:7与DQS0，DQM。等长，DQ8:15与DQS1，DQM1等长，以此类推。
DDR2数据线等长规则举例

DDR2-Data-Rule
DDR3数据线等长规则举例

DDR3-Data-Rule
地址线方面的等长，要特别注意，DDR1/2与DDR是很不一样的。
对于DDR1/2，需要设定每条地址到达同一片DDR的距离保持等长，如下图。

DDR2-Address-Rule
对于DDR3，地址线的等长往往需要过孔来配合，具体的规则均绑定在过孔上和VTT端接电阻上，如下图。可以看到，CPU的地址线到达过孔的距离等长，过孔到达VTT端接电阻的距离也等长。

DDR3-Address-Rule
补充一点，很多时候，地址线的等长要求不严格，这一点我还没有尝试过。在本人设计的这些产品中，地址线，数据线都做了25mil的Relative Propagation Delay的等长规则设定。关于等长规则设定的细节在这里不再赘述，有兴趣的话，可以发邮件给无线时代（Beamsky）。
第七步，绕等长

完成等长规则的设定后，最后一步也是工作量最大的一步：绕等长。
在这一步，我认为只有一点规则需要注意：尽量采用3倍线宽，45度角绕等长，如下图。

Routing-Tunning
绕等长完成后，最好把DDR相关网络锁定，以免误动。

DDR-Layout-Example
到这里，DDR走线就已经完成了，在本人设计过的三，四十种产品中，都是按照上面的规则与过程完成的，DDR2最高规格是DDR2-800，512MB，DDR3最高规格是DDR3-1600，1GB，都可以很稳定的工作，无论性能还是可靠性，都未曾出过问题。