介紹DDR3和DDR4最關鍵的一些技術(shù)

今天要介紹的是DDR3和DDR4最關鍵的一些技術(shù)，write leveling以及DBI功能。

一、Write leveling功能與Fly_by拓撲

Write leveling功能和Fly_by拓撲密不可分。Fly_by拓撲主要應用于時鐘、地址、命令和控制信號，該拓撲可以有效的減少stub的數(shù)量和他們的長度，但是卻會導致時鐘和Strobe信號在每個芯片上的飛行時間偏移,這使得控制器（FPGA或者CPU）很難保持tDQSS、tDSS 和tDSH這些參數(shù)滿足時序規(guī)格。

因此write leveling應運而生，這也是為什么在DDR3里面使用fly_by結(jié)構(gòu)后數(shù)據(jù)組可以不用和時鐘信號去繞等長的原因，數(shù)據(jù)信號組與組之間也不用去繞等長，而在DDR2里面數(shù)據(jù)組還是需要和時鐘有較寬松的等長要求的。DDR3控制器調(diào)用Write leveling功能時，需要DDR3 SDRAM顆粒的反饋來調(diào)整DQS與CK之間的相位關系，具體方式如下圖一所示。

圖一、 Write leveling

Write leveling 是一個完全自動的過程。控制器（CPU或FPGA)不停的發(fā)送不同時延的DQS 信號，DDR3 SDRAM 顆粒在DQS-DQS#的上升沿采樣CK 的狀態(tài)，并通過DQ 線反饋給DDR3 控制器。控制器端反復的調(diào)整DQS-DQS#的延時，直到控制器端檢測到DQ 線上0 到1 的跳變（說明tDQSS參數(shù)得到了滿足），控制器就鎖住此時的延時值，此時便完成了一個Write leveling過程;同時在Leveling 過程中，DQS-DQS#從控制器端輸出，所以在DDR3 SDRAM 側(cè)必須進行端接；同理，DQ 線由DDR3 SDRAM顆粒側(cè)輸出，在控制器端必須進行端接；

需要注意的是，并不是所有的DDR3控制器都支持write leveling功能，所以也意味著不能使用Fly_by拓撲結(jié)構(gòu)，通常這樣的主控芯片會有類似以下的描述：

二、DBI功能與POD電平

DBI的全稱是Data Bus Inversion數(shù)據(jù)總線反轉(zhuǎn)/倒置，它與POD電平密不可分，它們也是DDR4區(qū)別于DDR3的主要技術(shù)突破。

POD電平的全稱是Pseudo Open-Drain 偽漏極開路，其與DDR3對比簡單的示例電路如下圖二所示。

圖二 POD示意電路

從中可以看到，當驅(qū)動端的上拉電路導通，電路處于高電平時（也即傳輸?shù)氖恰?”），此時兩端電勢差均等，相當于回路上沒有電流流過，但數(shù)據(jù)“1”還是照樣被傳輸，這樣的設計減少了功率消耗。

正是由于POD電平的這一特性，DDR4設計了DBI功能。當一個字節(jié)里的“0”比特位多于“1”時，可以使能DBI，將整個字節(jié)的“0”和“1”反轉(zhuǎn)，這樣“1”比“0”多，相比原（反轉(zhuǎn)前）傳輸信號更省功耗，如下表一所示。

表一 DBI示例

以上就是DDRx的一些主要的關鍵技術(shù)介紹，可以用如下表二所示來總結(jié)下DDRx的特性對比。

表二 DDRx SDRAM特性對比

審核編輯：劉清