IDT70V9289型高速同步雙口SRAM的原理及應(yīng)用

關(guān)鍵詞：SRAM 同步 流通模式 流水線模式

1 引言

隨著科技的發(fā)展和高速設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，數(shù)據(jù)傳輸率也越來越高。而由于傳輸方式的不同，各種高速設(shè)備在連接時(shí)能否實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)交換就顯得十分重要。高速雙口SRAM的出現(xiàn)為解決這一問題提供了一種有效途徑。IDT70V9289是IDT公司新推出的高速同步雙口靜態(tài)存儲(chǔ)器，其容量為64k16bit，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活等特點(diǎn)。

2 IDT70V9289的結(jié)構(gòu)及功能

2．1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖1示出IDT70V9289的結(jié)構(gòu)框圖，它主要由I/O控制器、存儲(chǔ)器陣列、計(jì)數(shù)器/地址寄存器和一些邏輯電路組成。

圖1

2．2 功能特點(diǎn)

真正的雙端口存儲(chǔ)器，完全同步操作

3.5ns時(shí)鐘建立時(shí)間，0ns保持時(shí)間（所有控制、數(shù)據(jù)和地址輸入）

具有數(shù)據(jù)輸入、地址和控制寄存器

存儲(chǔ)容量達(dá)1024kbit(64k16bit)；

高速數(shù)據(jù)存取，其TCD（時(shí)鐘上升沿與數(shù)據(jù)輸入/輸出的時(shí)延）為

商業(yè)級(jí)：6/7.5/9/12ns(最大)

工業(yè)級(jí)：9ns(最大)

應(yīng)用IDT公司的高性能CMOS技術(shù)，所耗低

工作時(shí)：500mW（典型值）

待機(jī)時(shí)：1.5mw(典型值)

計(jì)數(shù)使能和重置功能

通過FT/PIPE引腳選擇任意端口的流通（folw-through）或流水線輸出模式

可對(duì)多路傳輸總線中的獨(dú)立高位字節(jié)和低位字節(jié)進(jìn)行控制

LVTTL接口電平，3.3V(0.3V)單電源供電

2．3 引腳功能（以左邊端口引腳為例）

VDD：電源輸入端，起濾波作用的旁路電容器應(yīng)盡可能靠近電源引腳，并直接連接到地；

VSS：接地引腳；

CE0L，CE1L：使能端，當(dāng)CE0L為低電平且CE1L為高電平時(shí)，電路工作。該引腳可允許每個(gè)端口的片上電路進(jìn)入低功耗的待機(jī)模式；

R/WL：讀/寫使能，此端為高電平時(shí)讀出，為低電平時(shí)寫入；

OEL：異步輸出使能；

A0L-A15L：地址同步輸入端；

I/O0L-I/O15L：數(shù)據(jù)輸入/輸出端；

CLK：：存儲(chǔ)器工作時(shí)鐘，所以輸入信號(hào)在該時(shí)鐘上升沿有效；

UBL：高位字節(jié)選擇，低電平有效；

LBL：低位字節(jié)選擇，低電平有效；

CNTENL：計(jì)數(shù)器使能，當(dāng)時(shí)鐘上升沿到來時(shí)，如果該引腳為低電平，則地址計(jì)數(shù)器工作，優(yōu)先級(jí)高于其它引腳；

CNTRSTL：計(jì)數(shù)器重置，低電平有效，優(yōu)先級(jí)高于其他引腳；

FT/PIPEL：流通（flow-through）和流水線模式選擇，高電平有時(shí)為流水線模式，此時(shí)輸出有效發(fā)生在CE0L為低電平且CE1L為高電平的二個(gè)周期。

ADSL：地址選通使能，低電平有效，優(yōu)先級(jí)高于其他引腳。

3 應(yīng)用舉例

以IDT70V9289為核心，配以適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)，即可使不同傳輸方式的雙路高速數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)無損傳輸。下面以某高速誤碼儀與CY7C68013型高速USB單片機(jī)的連接為例，介紹IDT70V9289的應(yīng)用及應(yīng)注意的問題。

3．1 讀模式選擇

在設(shè)計(jì)中，高速誤碼儀的Virtex_II XC2V250與CY7C68013進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由于CY7C68013采用突發(fā)方式傳輸且傳輸速度高達(dá)300Mbit/s，而Virtex-II XC2V250只能檢測(cè)連續(xù)數(shù)據(jù)流的誤碼，因此正好可以應(yīng)用IDT70V9289實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)流的無損傳輸。IDT70V9289提供二種讀數(shù)據(jù)模式（流通模式和流水線模式）。為了實(shí)現(xiàn)高速傳輸和降低時(shí)序設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，設(shè)計(jì)選擇了流水線模式。下面簡(jiǎn)述二種模式的區(qū)別。

（1）結(jié)構(gòu)差別

二者在寫入過程中完全一樣，都是通過輸入寄存器緩沖數(shù)據(jù)，但在讀出過程中，流水線模式通過輸出寄存器緩沖數(shù)據(jù)而流通模式則沒有。如圖2所示，在流水線模式中輸入寄存器和輸出寄存器工作在同一時(shí)鐘邊沿。

（2）時(shí)序差別

結(jié)構(gòu)差別反映在時(shí)序關(guān)系上就是流通模式的數(shù)據(jù)輸出比流水線模式提前一周期，并與存儲(chǔ)器陣列的讀數(shù)據(jù)同在一個(gè)時(shí)鐘周期，并與存儲(chǔ)器陣列的讀數(shù)據(jù)同在一個(gè)時(shí)鐘周期，如圖3所示，這樣，可以實(shí)現(xiàn)地址輸入和數(shù)據(jù)輸出的同步，從而滿足一些電路的時(shí)序要求；而流水線模式由于有輸出寄存器，其輸出引腳上的讀數(shù)據(jù)在幾乎整個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)都是可用的，因而為器件取數(shù)據(jù)提供最佳的建立時(shí)間，并允許在更高的時(shí)鐘頻率下進(jìn)行操作，同時(shí)設(shè)計(jì)者也無需擔(dān)心電路設(shè)計(jì)技巧和定時(shí)通路。更要注意的是：由于存在這種時(shí)序差別，設(shè)計(jì)者在選擇讀模式時(shí)，要考慮到相應(yīng)的時(shí)序變化，以免造成讀取數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

3．2 電路設(shè)計(jì)

由于本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)300Mbit/s，而IDT70V9289的容量僅有1024kbit，所以必須采取邊讀邊寫的方式緩沖數(shù)據(jù)。但是，IDT70V9289并不允許雙端口對(duì)同一地址同時(shí)進(jìn)行讀和寫，也沒有像以前的SRAM（如IDT7024）那樣設(shè)計(jì)操作忙邏輯，而是制定了一套讀寫規(guī)則。由于這套讀寫規(guī)則比較復(fù)雜，為了降低時(shí)序關(guān)系的復(fù)雜度，本設(shè)計(jì)將IDT70V9289分成容量相等的二個(gè)區(qū)域，把地址預(yù)存入Virtex-II XC2V250和CY7C68013的RAM中。

當(dāng)CY7C68013向Virtex-II XC2V250傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，將Virtex-II XC2V250和IDT70V9289的片選端置低電平以啟動(dòng)這二個(gè)電路，然后再向IDT70V9289發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)通過CLKOUT端向Virtex-II XC2V250的CLKIN發(fā)送時(shí)鐘，以使Virtex-II XC2V250定時(shí)讀取數(shù)據(jù)；當(dāng)CY7C68013發(fā)送512kbit后，即改變A0R-A15R引腳的值，同時(shí)Virtex-II XC2V250也通過內(nèi)置計(jì)數(shù)器定時(shí)改變A0L-A15L引腳的值，從而將CY7C68013的二個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域交換過來，然后再按上述方式進(jìn)行讀寫，如此循環(huán)下去。只要讀和寫的平均速率保持一致，就可以保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。應(yīng)用電路框圖如圖4所示。這樣做不但充分利用了二個(gè)端口可同時(shí)進(jìn)行存取操作的特點(diǎn)，而且巧妙地避免了同時(shí)對(duì)同一地址進(jìn)行讀寫操作的沖突，從而達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

當(dāng)Virtex-II XC2V250向CY7C68013傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，也可以通過片選端啟動(dòng)CY7C68013和IDT70D9289，其余過程與上面所述類似，不過由于CY7C68013有內(nèi)置時(shí)鐘，為了保持時(shí)間一致，此時(shí)的時(shí)鐘仍由CY7C68013提供。