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DDRSDRAM技术总结.pdf
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1
DDR SDRAM 技术总结
Platform H/W: RiverShao
2004-6-16
摘要:
本文将介绍 DDR SDRAM 的一些概念和难点,主要结合上一篇 SDRAM 的介绍加以对
比。同时着重讲解主流 DDRII 的技术。最后结合硬件设计提出一些参考。
关键字: DDR, SDRAM ,内存模组, DQS
目 录
1 概述 .......................................................................................................................... 2
2 DDR 的基本原理 ....................................................................................................... 2
3 DDR SDRAM 与 SDRAM 的不同 ............................................................................... 4
3.1 差分时钟 ..................................................................................................... 5
3.2 数据选取脉冲( DQS)................................................................................ 6
3.3 写入延迟 ..................................................................................................... 8
3.4 突发长度与写入掩码 ................................................................................... 9
3.5 延迟锁定回路( DLL ) ................................................................................ 9
4 DDR- Ⅱ与 DDR- Ⅲ ...................................................................................................11
4.1 DDR- Ⅱ内存结构 ....................................................................................... 12
4.2 DDR- Ⅱ的新操作与新时序设计 .................................................................. 13
4.3 DDR- Ⅱ未来发展与 DDR- Ⅲ ...................................................................... 18
5 内存模组 ................................................................................................................. 24
5.1 内存模组的分类 ........................................................................................ 24
5.2 未来模组的技术发展 ................................................................................. 25
2
1 概述
DDR SDRAM 全称为 Double Data Rate SDRAM ,中文名为“双倍数据流 SDRAM ”。 DDR SDRAM 在原有的
SDRAM 的基础上改进而来。也正因为如此, DDR 能够凭借着转产成本优势来打败昔日的对手 RDRAM ,成为当
今的主流。由于 SDRAM 的结构与操作在上文已有详细阐述,所以本文只着重讲讲 DDR 的原理和 DDR SDRAM
相对于传统 SDRAM (又称 SDR SDRAM )的不同。
DDR SDRAM 可在一个时钟周期内传送两次数据
2 DDR的基本原理
我们看 DDR 正规的时序图。
DDR SDRAM 读操作时序图
3
从中可以发现它多了两个信号: CLK# 与 DQ S,CLK# 与正常 CLK 时钟相位相反,形成差分时钟信号。而数据
的传输在 CLK 与 CLK# 的交叉点进行,可见在 CLK 的上升与下降沿(此时正好是 CLK# 的上升沿)都有数据被
触发,从而实现 DDR 。在此,我们可以说通过差分信号达到了 DDR 的目的,甚至讲 CLK# 帮助了第二个数据的
触发,但这只是对表面现象的简单描述,从严格的定义上讲并不能这么说。之所以能实现 DDR ,还要从其内部
的改进说起。
DDR 内存芯片的内部结构图,注意比较上文中 SDRAM 的结构图
这也是一颗 128Mbit 的内存芯片,标称规格也与前文的 SDRAM 一样为 32× 4bit 。从图中可以看出来,白
色区域内与 SDRAM 的结构基本相同, 但请注意灰色区域, 这是与 SDRAM 的不同之处。 首先就是内部的 L- Bank
规格。 SDRAM 中 L-Bank 存储单元的容量与芯片位宽相同,但在 DDR SDRAM 中并不是这样,存储单元的容量
是芯片位宽的一倍,所以在此不能再套用讲解 SDRAM 时 “芯片位宽 =存储单元容量” 的公式了。也因此,真
正的行、列地址数量也与同规格 SDRAM 不一样了。
以本芯片为例,在读取时, L- Bank 在内部时钟信号的触发下一次传送 8bit 的数据给读取锁存器,再分成两
路 4bit 数据传给复用器,由后者将它们合并为一路 4bit 数据流,然后由发送器在 DQS 的控制下在外部时钟上升
与下降沿分两次传输 4bit 的数据到输出。这样,如果时钟频率为 100MHz ,那么在 I/O 端口处,由于是上下沿触
发,那么就是传输频率就是 200MHz 。
这就是 DDR SDRAM 的工作原理,这种内部存储单元容量(也可以称为芯片内部总线位宽) =2×芯片位宽
(也可称为芯片 I/O 总线位宽)的设计,就是所谓的两位预取( 2-bit Prefetch ),有的公司则贴切的称之为 2-n
Prefetch (n 代表芯片位宽)。
4
3 DDR SDRAM 与SDRAM 的不同
DDR SDRAM 与 SDRAM 的不同主要体现在以下几个方面。
DDR SDRAM 与 SDRAM 的主要不同对比表
(上图可点击放大)
5
DDR SDRAM 与 SDRAM 一样,在开机时也要进行 MRS ,不过由于操作功能的增多, DDR SDRAM 在 MRS
之前还多了一 EMRS 阶段( Extended Mode Register Set ,扩展模式寄存器设置),这个扩展模式寄存器控制着
DLL 的有效 /禁止、输出驱动强度、 QFC 有效 /无效等。
由于 EMRS 与 MRS 的操作方法与 SDRAM 的 MRS 大同小异,在此就不再列出具体的模式表了,有兴趣的话可
查看相关的 DDR 内存资料。下面我们就着重说说 DDR SDRAM 的新设计与新功能。
3.1 差分时钟
差分时钟(参见上文“ DDR SDRAM 读操作时序图”)是 DDR 的一个必要设计,但 CK# 的作用,并不能
理解为第二个触发时钟(你可以在讲述 DDR 原理时简单地这么比喻),而是起到触发时钟校准的作用。由于数
据是在 CK 的上下沿触发,造成传输周期缩短了一半,因此必须要保证传输周期的稳定以确保数据的正确传输,
这就要求 CK 的上下沿间距要有精确的控制。但因为温度、电阻性能的改变等原因, CK 上下沿间距可能发生变
化,此时与其反相的 CK# 就起到纠正的作用( CK 上升快下降慢, CK# 则是上升慢下降快) 。而由于上下沿触发
的原因,也使 CL=1.5 和 2.5 成为可能,并容易实现。
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maodi_lzc
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