DDRx的關鍵技術介紹
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差分時鐘技術
差分時鐘是DDR的一個重要且必要的設計，但大家對CK#(CKN)的作用認識很少，很多人理解為第二個觸發(fā)時鐘，其實它的真實作用是起到觸發(fā)時鐘校準的作用。
由于數(shù)據(jù)是在CK的上下沿觸發(fā)，造成傳輸周期縮短了一半，因此必須要保證傳輸周期的穩(wěn)定以確保數(shù)據(jù)的正確傳輸，這就要求CK的上下沿間距要有精確的控制。但因為溫度、電阻性能的改變等原因，CK上下沿間距可能發(fā)生變化，此時與其反相的CK#(CKN)就起到糾正的作用(CK上升快下降慢，CK#則是上升慢下降快)，如下圖一所示。
圖一 差分時鐘示意圖
數(shù)據(jù)選取脈沖(DQS)
就像時鐘信號一樣，DQS也是DDR中的重要功能，它的功能主要用來在一個時鐘周期內(nèi)準確的區(qū)分出每個傳輸周期，并便于接收方準確接收數(shù)據(jù)。每一顆8bit DRAM芯片都有一個DQS信號線，它是雙向的，在寫入時它用來傳送由主控芯片發(fā)來的DQS信號，讀取時，則由DRAM芯片生成DQS向主控發(fā)送。完全可以說，它就是數(shù)據(jù)的同步信號。
在讀取時，DQS與數(shù)據(jù)信號同時生成(也是在CK與CK#的交叉點)。而DDR內(nèi)存中的CL也就是從CAS發(fā)出到DQS生成的間隔，數(shù)據(jù)真正出現(xiàn)在數(shù)據(jù)I/O總線上相對于DQS觸發(fā)的時間間隔被稱為tAC。實際上，DQS生成時，芯片內(nèi)部的預取已經(jīng)完畢了，由于預取的原因，實際的數(shù)據(jù)傳出可能會提前于DQS發(fā)生(數(shù)據(jù)提前于DQS傳出)。由于是并行傳輸，DDR內(nèi)存對tAC也有一定的要求，對于DDR266，tAC的允許范圍是±0.75ns，對于DDR333，則是±0.7ns，其中CL里包含了一段DQS的導入期。
DQS 在讀取時與數(shù)據(jù)同步傳輸，那么接收時也是以DQS的上下沿為準嗎?不，如果以DQS的上下沿區(qū)分數(shù)據(jù)周期的危險很大。由于芯片有預取的操作，所以輸出時的同步很難控制，只能限制在一定的時間范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)在各I/O端口的出現(xiàn)時間可能有快有慢，會與DQS有一定的間隔，這也就是為什么要有一個tAC規(guī)定的原因。而在接收方，一切必須保證同步接收，不能有tAC之類的偏差。這樣在寫入時，DRAM芯片不再自己生成DQS，而以發(fā)送方傳來的DQS為基準，并相應延后一定的時間，在DQS的中部為數(shù)據(jù)周期的選取分割點(在讀取時分割點就是上下沿)，從這里分隔開兩個傳輸周期。這樣做的好處是，由于各數(shù)據(jù)信號都會有一個邏輯電平保持周期，即使發(fā)送時不同步，在DQS上下沿時都處于保持周期中，此時數(shù)據(jù)接收觸發(fā)的準確性無疑是最高的，如下圖二所示。
圖二 數(shù)據(jù)時序
數(shù)據(jù)掩碼技術(DQM)
不是DDR所特有的，但對于DDR來說也是比較重要的技術，所以一并介紹下。
為了屏蔽不需要的數(shù)據(jù)，人們采用了數(shù)據(jù)掩碼(Data I/O Mask，簡稱DQM)技術。通過DQM，內(nèi)存可以控制I/O端口取消哪些輸出或輸入的數(shù)據(jù)。這里需要強調(diào)的是，在讀取時，被屏蔽的數(shù)據(jù)仍然會從存儲體傳出，只是在“掩碼邏輯單元”處被屏蔽。
DQM由主控芯片控制，為了精確屏蔽一個P-Bank位寬中的每個字節(jié)，每個64bit位寬的數(shù)據(jù)中有8個DQM信號線，每個信號針對一個字節(jié)。這樣，對于4bit位寬芯片，兩個芯片共用一個DQM 信號線，對于8bit位寬芯片，一個芯片占用一個DQM信號，而對于16bit位寬芯片，則需要兩個DQM引腳。SDRAM 官方規(guī)定，在讀取時DQM發(fā)出兩個時鐘周期后生效，而在寫入時，DQM與寫入命令一樣是立即生效，如下圖三和四分別顯示讀取和寫入時突發(fā)周期的第二筆數(shù)據(jù)被取消。
圖三 讀取時數(shù)據(jù)掩碼操作
圖四 寫入時數(shù)據(jù)掩碼操作
所以DQM信號的作用就是對于突發(fā)寫入，如果其中有不想存入的數(shù)據(jù)，就可以運用DQM信號進行屏蔽。DQM信號和數(shù)據(jù)信號同時發(fā)出，接收方在DQS的上升與下降沿來判斷DQM的狀態(tài)，如果DQM為高電平，那么之前從DQS中部選取的數(shù)據(jù)就被屏蔽了。
有人可能會覺得，DQM是輸入信號，意味著DRAM芯片不能發(fā)出DQM信號給主控芯片作為屏蔽讀取數(shù)據(jù)的參考。其實，該讀哪個數(shù)據(jù)也是由主控芯片決定的，所以DRAM芯片也無需參與主控芯片的工作，哪個數(shù)據(jù)是有用的就留給主控芯片自己去選擇。
好了，前面介紹了DQS的功能，那么我們在測試時根據(jù)DQS和DQ的波形是如何區(qū)分數(shù)據(jù)的讀寫操作的?
在DDRx里面經(jīng)常會被一些縮寫誤擾，如OCD、OCT和ODT，我想有同樣困擾的大有人在，現(xiàn)在筆者來介紹一下大家的這些困擾吧。
片外驅(qū)動調(diào)校OCD(Off-Chip Driver)
OCD是在DDR-II開始加入的新功能，而且這個功能是可選的，有的資料上面又叫離線驅(qū)動調(diào)整。OCD的主要作用在于調(diào)整I/O接口端的電壓，來補償上拉與下拉電阻值，從而調(diào)整DQS與DQ之間的同步確保信號的完整與可靠性。調(diào)校期間，分別測試DQS高電平和DQ高電平，以及DQS低電平和DQ高電平的同步情況。如果不滿足要求，則通過設定突發(fā)長度的地址線來傳送上拉/下拉電阻等級(加一檔或減一檔)，直到測試合格才退出OCD操作，通過OCD操作來減少DQ、DQS的傾斜從而提高信號的完整性及控制電壓來提高信號品質(zhì)。具體調(diào)校如下圖五所示。
圖五 OCD
不過，由于在一般情況下對應用環(huán)境穩(wěn)定程度要求并不太高，只要存在差分DQS時就基本可以保證同步的準確性，而且OCD 的調(diào)整對其他操作也有一定影響，因此OCD功能在普通臺式機上并沒有什么作用，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在對數(shù)據(jù)完整性非常敏感的服務器等高端產(chǎn)品領域。
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