DDR3系列之容性负载补偿，你听都没听过？

作者：周伟  一博科技高速先生团队队员

容性负载？是负载呈容性，还是带容性的负载？呵呵，这不一个意思嘛，中国的语言，难怪老外觉得很难搞懂，自己人都被绕晕了。负载怎么会呈容性呢？这个主要是在多负载的情况下，如下图一所示，由于分支和负载较多，不可避免的会增加过孔来连通信号，普通过孔是呈容性的，其次还有芯片封装上的寄生电容（约0.33~0.44pF），另外还有Die上的寄生电容（约0.77~2.12pF），所有的这些电容会降低信号线的有效特征阻抗（请看高速先生前期的文章：PCB设计中关于反射的那些事系列）。

图一

过孔为什么会呈现容性？这和其本身的结构及尺寸有关，请看下面的近似计算。

以8mil孔径，18mil pad，27mil反焊盘，1.6mm通孔为例计算过孔的参数。

• 过孔寄生电容 ：

• 过孔寄生电感 ：

• 那么过孔的近似特征阻抗为：

此公式是将过孔等效为传输线的模型来计算的，如果常规我们单端信号是50欧姆的特征阻抗，过孔的阻抗如上计算约为45欧姆，拉低了整体的特征阻抗，所以说呈现容性效应。

同样，如果再考虑封装电容及Die电容的容性，那么整个负载的有效阻抗就会更低于PCB的设计阻抗，这样就会导致整体的阻抗不连续。

通常我们有两种方法来进行容性负载的补偿（相对于单端50欧姆的目标阻抗来说），其一是减小主干线路（变粗）的阻抗，其二是加大分支处（变细）的线路阻抗，使得整体的负载阻抗维持在50欧姆左右。

好了，口说无凭，让我们来联系下实际吧。

还是拿芯片行业的龙头老大来举例，如果大家经常看Intel的设计指导，就会看到他们关于DDR3的主干线路阻抗（40欧姆左右）控制都比50欧姆小，而且通常这样的设计负载又很多（DIMM条就更不用说了），这个不正是降低主干线路阻抗的一种印证嘛！请看如下表所示。

出自Intel Romley PDG

第二种处理方式就是内存条的设计了，如下图二为内存条的设计图。

图二 内存条设计

从上图可以看到，地址信号的主干线路线宽为7.5mil，而到了颗粒端就变成了3mil，除了布线密度上面的考虑外，主要还是为了补偿容性负载。

同时，高速先生也做了仿真来验证容性负载补偿是否真的有效，拓扑结构如下图三所示。

图三  仿真拓扑结构

在正常控制PCB板上阻抗为50欧姆的情况下（不做容性负载补偿），仿真波形如下图所示。

将主干线路的阻抗控制为42欧姆（有容性负载补偿），仿真波形如下图所示。

为了方便比较所以采用眼图的方法，可知做了补偿的眼图有更大的眼高，两者相差180mV左右，相当于提升了12%的系统裕量。

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