當前位置:首頁 > 嵌入式 > 嵌入式硬件
[導讀]游戲機、數(shù)字電視(DTV)和個人電腦等流行的消費類電子產品的功能越來越多,性能也越來越高。這些產品數(shù)據(jù)處理能力的增強使它們的DRAM存儲器接口功能與產品本身的功能緊密聯(lián)系

游戲機、數(shù)字電視(DTV)和個人電腦等流行的消費類電子產品的功能越來越多,性能也越來越高。這些產品數(shù)據(jù)處理能力的增強使它們的DRAM存儲器接口功能與產品本身的功能緊密聯(lián)系在一起,以支持更多功能和更高性能。數(shù)據(jù)速率達數(shù)Gbps的存儲器接口架構可以幫助這些產品實現(xiàn)所需的功能和性能,但是存儲器接口設計必須克服艱巨的挑戰(zhàn)才能達到想要的產品性能和質量。

更新一代的DDR3DRAM和XDR DRAM物理層接口(PHY)具有一些特殊的性能,完全可以克服數(shù)Gbps存儲器接口架構帶來的挑戰(zhàn)。但是,DDR3 SDRAM和XDR DRAM各自不同的特性使得它們適合不同的應用場合。例如,在DTV應用中,XDR DRAM比DDR3 SDRAM更具有成本和某些設計優(yōu)勢,但DDR3 SDRAM非常適合要求存儲容量高、單位比特成本最低的設計。就像前代產品DDR2 SDRAM那樣,DDR3 SDRAM也是大批量普及型存儲器,能以盡可能最低的單位比特成本提供系統(tǒng)設計工程師要求的最大容量。

當然,如果以最低單位比特成本提供大容量并不是主要的設計指標,那么XDR DRAM可能是個更好的選擇,特別是對DTV和HDTV等消費電子產品而言。這些特殊設計要求高帶寬和小的存取粒度(access granularity),但不需要很大的容量。例如,典型的DTV設備要求帶寬為6.4GBps,這個要求可以通過2個512Mx8b XDR DRAM器件(提供128MB容量和合適的16B存取粒度)或4個1Gx8b DDR3 SDRAM器件(提供512MB容量和32 B存取粒度)來實現(xiàn)。在這種系統(tǒng)中,XDR解決方案可以比DDR3更好地匹配系統(tǒng)的帶寬、容量和存取粒度需求。XDR DRAM實際上在總體系統(tǒng)成本方面也更便宜,包括元件數(shù)量、電路板復雜度和設計時間等。

苛刻的物理效應

在開發(fā)數(shù)Gbps接口架構時,設計必須能夠克服一些物理效應。這些物理效應會影響信號時序并減小電壓余量,從而限制系統(tǒng)的性能。經驗豐富的系統(tǒng)設計工程師對這些物理效應非常熟悉。在很多的新一代產品設計中,他們不斷面臨這些物理效應的挑戰(zhàn),最終都很好地解決了這些挑戰(zhàn)。但對于數(shù)Gbps接口設計來說,這些問題愈加嚴重,并提出了更高的挑戰(zhàn)性,因此它們迫切需要更新的解決方案。

舉例來說,數(shù)Gbps信號由于傳輸線的不連續(xù)會造成信號質量惡化。在典型的存儲器通道中,這些不連續(xù)性表現(xiàn)在多個方面,從存儲控制器芯片的連接到封裝、從封裝連接到電路板,以及電路板級傳輸線上信號的不完整性。

存儲器通道傳輸線中的眾多阻抗不連續(xù)的地方會產生反射,高速I/O設計工程師將這些反射判斷為某種形式的信號干擾,或稱為碼間干擾(ISI)。這時的通道似乎還有剩余的存儲空間,因此前一個發(fā)送比特中的信息在發(fā)送結束時會反向影響下一個發(fā)送比特中的信息。將存儲器通道當作傳輸線還面臨其它挑戰(zhàn),比如50Ω終端電阻可以很好地匹配傳輸線阻抗,從而消除反射和由此導致的ISI,但是即使是最新的片上端接方法也不可能實現(xiàn)完美的阻抗匹配,因為傳輸線存在很多的不連續(xù)性。由于片上接收器存在寄生輸入電容,所以不可能實現(xiàn)理想的片上阻抗匹配。在更高頻率上,50Ω電阻將呈現(xiàn)非理想特性,這將進一步導致反射和ISI。

阻抗不連續(xù)性和ISI效應在低于兆比特每秒的傳輸速率時并不是主要問題,但在數(shù)Gbps速率下,625ps數(shù)據(jù)眼圖很常見。如果終端阻抗不匹配,或者通道中存在太多不連續(xù)性,或者寄生輸入電容太高,設計工程師希望發(fā)送的625ps數(shù)據(jù)眼圖在到達接收器時將變成300ps數(shù)據(jù)眼圖。

此外,電路板的電氣連線還具有其它寄生電容,這會帶來明顯的信號衰減。例如,信號在發(fā)送端可能有500mV信號幅度,但用于傳送該信號的電子系統(tǒng)就像一個低通濾波器。當信號傳輸速度提高時,到達接收器的總能量將比發(fā)送時的能量降低很多,這樣最初的500mV可能變成200mV。

在高性能SERDES應用中,常用來解決高頻衰減問題的通道均衡技術可能不適合DRAM系統(tǒng),因為這種系統(tǒng)的I/O電路必須針對延時、功率和成本進行優(yōu)化。

串擾是引起信號劣化的另一個主要原因,它與兩個相鄰信號走線間的容性、感性或電導性耦合有關。事實上,串擾是單端信號系統(tǒng)(如DDR3或更高速的GDDR3)中限制速度的主要原因。由于XDR DRAM使用差分信號(與高性能SERDES系統(tǒng)非常相似),因此與DDR3 DRAM相比,它們對串擾的免疫能力強幾個數(shù)量級。

因此,單端信號系統(tǒng)必須采取板級信號隔離技術來解決串擾問題。隨著數(shù)據(jù)速率的提高,設計工程師必須增加電氣通道的間距才能避免串擾效應。換句話說,設計工程師必須在發(fā)送器和接收器之間以及控制器和DRAM之間開發(fā)一個更昂貴的傳輸線系統(tǒng),才能滿足數(shù)Gbps數(shù)據(jù)速率的單端信號系統(tǒng)的要求。

差分信令在存儲器-控制器封裝成本方面也具有成本優(yōu)勢。例如,帶200個存儲器I/O的存儲-控制器ASIC封裝采用金線綁定封裝技術比倒裝技術更便宜。這種成本優(yōu)勢在DTV等成本敏感消費設備中具有重要意義。但是,由于串擾和電源噪聲問題,數(shù)Gbps的單端信號系統(tǒng)很難在綁定封裝中以數(shù) Gbps的接口速率全速工作,通常它需要一個更昂貴的倒裝封裝存儲控制器。此外,非常寬的單端信號總線容易產生電磁干擾(EMI),因此采用單端信號的消費類電子設備要想達到相同的EMI屏蔽等級,要比差分信號設備付出更高代價。

除了考慮傳輸線不連續(xù)性引起的物理效應以及差分信號的優(yōu)勢外,存儲器系統(tǒng)設計還要考慮其它數(shù)Gbps接口設計問題,包括走線長度匹配、偏移管理和高速時鐘分配。

走線長度匹配、偏移和高速時鐘分配

走線長度匹配在低速接口設計中可以輕易忽略掉,但對數(shù)Gbps接口來說,走線長度不能忽略。一個信號在典型主板上傳輸一英寸距離需要大約 100ps。例如信號沿著典型的存儲器通道傳輸?shù)臅r間可能需要500ps。在數(shù)Gbps系統(tǒng)中,500ps與整個數(shù)據(jù)眼圖的寬度一樣大。

當電氣互連的信號傳輸時間與數(shù)據(jù)眼圖寬度相當,且只有一個芯片到芯片信號時,不會出現(xiàn)其它新問題。但如果是總線信號,比如16、32或64條走線,并且所有信號都工作在數(shù)Gbps數(shù)據(jù)速率時,則是另外一回事。

就高速時鐘分配而言,存儲器系統(tǒng)與采用先進的時鐘/數(shù)據(jù)恢復(CDR)技術的SERDES或電信設計存在本質區(qū)別。在存儲器系統(tǒng)中,傳輸通??梢员徽J為是“源同步”的。比如,存儲控制器都有一個到DRAM的數(shù)據(jù)接口和到DRAM的時鐘參考接口(通常是命令總線的一部分),因此DRAM的時鐘信號與存儲控制器用來同步其數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘有直接關系。[!--empirenews.page--]

對于源同步傳輸方式,主要的時鐘問題是相位而不是頻率。不像SERDES或數(shù)據(jù)通信應用中通道兩側的時鐘參考源都有頻率偏移,存儲器系統(tǒng)中的發(fā)送器和接收器共享唯一的頻率參考源,僅有相位不同。這樣的系統(tǒng)一般被稱為meso-synchrONous或者mesochronous。雖然它們共享一個頻率參考,但發(fā)送器和接收器電路必須以某種方式補償隨機相位偏移。

在XDR DRAM系統(tǒng)中,存儲控制器中的FlexPhase電路可以解決走線長度匹配和均步時鐘問題。當數(shù)據(jù)發(fā)送到DRAM時(寫操作),該電路可以智能地預測偏移數(shù)據(jù);在從DRAM接收數(shù)據(jù)時(讀操作),該電路可以對數(shù)據(jù)進行去偏移。此外,還采用先進的校準技術來自動優(yōu)化去偏移和預偏移值。

在DDR3存儲器系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)接口使用選通組(DDR特有的信號組)處理走線長度匹配和時鐘問題。數(shù)據(jù)選通或DQS被定義為時序參考信號,伴隨數(shù)據(jù)從DRAM發(fā)送到控制器(讀操作)或從控制器發(fā)送到DRAM(寫操作)。

本站聲明: 本文章由作者或相關機構授權發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內容真實性等。需要轉載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內容侵犯您的權益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或將催生出更大的獨角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉型技術解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字: 汽車 人工智能 智能驅動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領增長 以科技創(chuàng)新為引領,提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關鍵字: BSP 信息技術
關閉
關閉