i.MX8M Mini DDR4-2400设计建议

1. 概述

本文档旨在帮助硬件工程师设计和测试i.MX 8M Mini系列处理器。文档提供了有关电路板布局和设计注意事项核对清单的示例，旨在确保首次成功，同时还提供了避免电路板启动问题的一些解决方案。

工程师应了解电路板布局和电路板硬件术语。

本指南随相关设备特定的硬件文档一起发布，如数据手册、参考手册、应用笔记等。所有这些文档均可从www.nxp.com/imx8mminievk获取。

1.1. 支持的器件

本文档支持i.MX 8M Mini（14 x 14 mm封装）。

1.2. 重要参考资料

本指南是对i.MX 8M Mini系列芯片参考手册和数据手册的补充。关于焊接期间的回流焊温度曲线和热限值信息，请参见《一般焊接温度工艺指南》（文档AN3300）。这些文档可从www.nxp.com/i.MX8MMINI获取。

1.3. 补充参考资料

1.3.1. 一般信息

下述文档介绍了Arm®处理器架构和计算架构。

• 有关Arm Cortex®-A35处理器的信息，请参见： www.arm.com/products/processors/cortex-a/cortex-a35-processor.php
• 有关Arm Cortex-A53处理器的信息，请参见： www.arm.com/products/processors/cortex-a/cortex-a53-processor.php
• 有关Arm Cortex-A72处理器的信息，请参见： www.arm.com/products/processors/cortex-a/cortex-a72-processor.php
• 有关Arm Cortex-M4F处理器的信息，请参见： www.arm.com/products/processors/cortex-m/cortex-m4-processor.php
• 计算机架构：定量方法（第4版）—作者：John L. Hennessy和David A. Patterson
• 计算机组成和设计：硬件/软件接口（第2版），作者：David A. Patterson和John L. Hennessy

 

下述文档介绍了高速电路板设计：

• 一举成功—高速PCB和系统设计实用手册—第1和2卷—作者：Lee W. Ritchey（出版社：Speeding Edge）—ISBN 0-9741936-0-72
• 信号和电源完整性分析（第2版）—作者：Eric Bogatin（出版社：Prentice Hall）—ISBN 0-13-703502-0
• 高速数字设计—黑魔书—作者：Howard W. Johnson和Martin Graham（出版社：Prentice Hall）—ISBN 0-13-395724-1
• 高速信号传播—高级黑魔书—作者：Howard W. Johnson和Martin Graham（出版社：Prentice Hall）—ISBN 0-13-084408-X
• 高速数字系统设计—互连理论和设计实践手册—作者：Hall、Hall和McCall（出版社：Wiley Interscience，2000年）—ISBN 0-36090-2
• 信号完整性问题和印刷电路板设计—作者：Doug Brooks（出版社：Prentice Hall）ISBN 0-13-141884-X

 

• PCB设计：在真实世界里的EMI控制—作者：Bruce R. Archambeault（克吕   韦尔学术出版集团）—ISBN 1-4020-7130-2
• 干扰规范的数字设计—EMI抑制实用手册—作者：David L. Terrell和R. Kenneth Keenan（出版社：Newnes Publishing）—ISBN 0-7506-7282-X
• 电磁兼容工程—作者：Henry Ott（第1版，出版社：John Wiley and Sons）—ISBN 0-471-85068-3
• 电磁兼容导论—作者：Clayton R. Paul（出版社：John Wiley and Sons）—ISBN 978-0-470-18930-6
• 仪器的接地和屏蔽技术—作者：Ralph Morrison（第5版，出版社：John Wiley and Sons）—ISBN 0-471-24518-6
• 产品设计中的EMC技术—作者：Tim Williams（出版社：Newnes Publishing）—ISBN 0-7506-2466-3

 

 

2.4.3. i.MX 8M Mini DDR4-2400设计建议

以下列表介绍了使用DDR4设计i.MX 8M Mini的一些通用指南。

1. 要求布局工程师和设计团队具有在1.2 GHz / 2400 MT/s速度下进行DDR设计的经验并接受过相关培训。
2. 建议在树形拓扑中路由2个x16 DRAM，以实现2GB的总密度。进行树形拓扑路由时，建议每个分支的传播延迟不超过150ps（长度约为900 mil），同时两个分支之间的延迟差不超过10ps。在这种情况下，可消除VTT端接，从而简化路由，并节省BOM成本。此外，由于没有VTT端接，Addr/Cmd/Ctrl的眼图存在初始崩溃。为确保采样位置仍处于眼图开度的中间位置，CK路由时的传播延迟应比Addr/Cmd/Ctrl的大100ps，如图6所示。            

3. DQ/DMI信号走线必须只能参考固态GND平面。Addr/Cmd/Ctrl信号走线只能参考GND平面或GND+VDDQ平面（作为带状线路路由时）。不允许只参考VDDQ平面。
4. 高速信号走线的边缘至边缘间距不小于走线宽度的1.5倍，以最小化走线串扰。
5. 在2400 MT/s速度下，信号通孔可能是串扰的一个重要来源。如果设计不当，其产生的串扰可能会大于走线产生的串扰。为最小化通孔串扰，应确保每个点对点信号上的通孔数量不超过2个。对于树形拓扑信号，仅允许在发射器上设1个通孔，树结点上1个通孔，每个接收器上1个通孔。切换参考平面时，在50 mil信号通孔中放置至少一个接地缝合通孔，以提供连续的返回路径，并减少串扰。如果由于空间限制而无法放置足够数量的接地缝合通孔，则尽量缩短信号在通孔上的实际行程长度，如图7中所示。

6. 可在不同于DQ/CA信号的层上路由CLK和DQS信号，以简化路由。此时，应与其他信号保持不小于5倍走线宽度的间距。
7. 执行延迟匹配时，使用时间延迟而不是长度。延迟匹配包括PCB走线延迟和IC封装延迟。将封装引脚延迟纳入CAD工具的限制管理器中。
8. 执行延迟匹配时，应考虑通孔延迟。这可通过在Allegro工具的“设置 -> 限制 -> 模式”中启用Z轴延迟来实现。
9. 允许上/下字节通道之间的字节交换。允许每个片/字节通道内的位交换。
10. 不允许Cmd/Addr/Ctrl信号的位交换。
11. 通常，2个DDR4 DRAM的位置相互之间应间隔300 mil，与i.MX 8M Mini间隔150 mil。
12. 启用数据总线反转(DBI)功能。这有助于降低功耗和电源噪声。

 

2.4.3.1. i.MX 8M Mini DDR4-2400路由建议

DDR4-2400需按照表24中所示的匹配信号飞行时间进行路由。整体计算中需考虑通孔转换延迟。这可通过在Allegro工具的“设置 -> 限制 -> 模式”中启用Z轴延迟来实现。

表25和表26中给出了i.MX 8M Mini DDR4 EVK板设计的延迟匹配计算示例。使用i.MX 8M Mini对DDR4-2400实现进行了此分析。在表25和表26中，PCB延迟列可直接从Allegro PCB文件中获得，而Pkg延迟列是从表31中获得的封装延迟。

2.4.3.2. DDR4-2400路由示例(i.MX 8M Mini)

图8至图11显示了DDR4信号在i.MX 8M Mini DDR4 EVK板上的定位和路由。

CK和DQS信号在底层路由，以节省其他信号层的路由空间。数据信号全部在顶层和第3层路由，这样可最小化通孔串扰，从而为2400 MT/s高速信号实现足够的时序裕量。这是为了尽量缩短信号在通孔上的实际行程长度，以最小化通道串扰。Addr/Cmd/Ctrl信号在树形拓扑中路由，其中干线在顶层和第6层，而分支在第3层和底层。采用同样的原理缩短信号在通孔上的实际行程长度，以最小化通孔串扰，对于在顶层路由的干线，其分支均在第3层路由，从而形成L1-> L3->L1的层转换，也就意味着根本不需要接地通孔。对于在第6层路由的干线，其分支主要是在第3层路由，从而形成L1->L6->L3->L1的层转换，这样只有8M Mini封装下方和树结点处需要接地通孔；剩下的分支在底层路由，从而形成L1->L6->L8->L1的层转换，也就意味着8M Mini封装以及两个DRAM封装下方均需要接地通孔。

參考資料:

NXP官網:

• https://www.nxp.com/docs/en/user-guide/IMX8MMEVKBHUG.pdf
• https://www.nxp.com/docs/en/quick-reference-guide/8MMINILPD4EVKBQSG.pdf
• https://www.nxp.com/webapp/Download?colCode=L5.4.24_2.1.0_LINUX_DOCS
• https://www.nxp.com/webapp/Download?colCode=8MMINILPD4-CPU2-DESIGNFILES
• https://www.nxp.com/webapp/Download?colCode=IMX8MMRM
• https://www.nxp.com/document/guide/get-started-with-the-i-mx-8m-mini-evk:GS-iMX-8M-Mini-EVK