DDR3详解(以Micron MT41J128M8 1Gb DDR3 SDRAM为例)

匿名 (未验证) 提交于 2019-12-03 00:40:02


DDR3NXN

目前DDR388


DDR33-8330


3-81102

=1


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在写入时,以DQS的高/低电平期中部为数据周期分割点,而不是上/下沿,但数据的接收触发仍为DQS的上/下沿





Column

1.结构框图:

2.管脚功能描述




3.状态图:

ZQZQCLDRAM

DRAMIOODT

0.5%RONRTT

Al

ddr3AL

DDR3

DDR3FLY_BY

FLY_BYstub

strobeFPGACPU

,tdsstdshddr3

DDR3DQSCK

DQS

DQS01DQStDQSS


DDR3

MRMR

DDRMR

MR0MR1MR2MR4

MR0DDR3CASDLL

MR1DLLRtt_NomMR2

Rtt_WRCASMR3MPR


MPR

MPRMRSMR3A2位写1ddr3bankidle

MPRRDRDAMPRMPR

MPRMR3A2=0RDRDAMPRRESET

in-progress

in-progress

IdlebankDRAMODTRTT

WLAL+CWL

MRSMR2A9A10Rtt_WRDdr3

RTTRTT_Nom,RTT_WR;Rtt_Nom

ODTRtt_wrRtt_nomRTTODT

RTT值为RTT_nom;ODTRtt_wr

DDR3ODT2ODTODTH4

ODTODTODTH4ODTH8ODT



4、工作原理

在描述了上述的一些基本概念后,就可以对图1中的DDR3工作原理进行基本的描述了理解了。

首先,芯片进入上电,在上电最小为200us的平稳电平后,等待500usCKE使能,

在这段时间芯片内部开始状态初始化,该过程与外部时钟无关。在时钟使能信号前(cke),

必须保持最小10ns或者5个时钟周期,除此之外,还需要一个NOP命令或者Deselect命令出现在CKE的前面。

然后DDR3开始了ODT的过程,在复位和CKE有效之前,ODT始终为高阻。

CKE为高后,等待tXPR(最小复位CKE时间),然后开始从MRS中读取模式寄存器。

然后加载MR2MR3的寄存器,来配置应用设置;然后使能DLL,并且对DLL复位。

接着便是启动ZQCL命令,来开始ZQ校准过程。等待校准结束后,DDR3就进入了可以正常操作的状态。

对于基本的配置过程,现在就可以结束了。下面,结合CH1的控制器FPGA,说明对DDR3相关的配置。


上表中MRS可以设置Mode寄存器值




是高速动态随机存取存储器,内部配置有8个BANK。8n预取结构,以获得高速操作。8n预取结构同接口组合起来以完成在I/O脚上每个时钟两个数据字的传输。DRAM核中进行的8n位宽四个时钟数据传输,另一个是在I/O脚上进行的两个对应n位宽、半时钟周期的数据传输。

8或者是一个以编程序列的长度为4的Chopped突发方式。操作开始于Active命令,随后是一个Read/Write命令。Active命令同时并发含带地址位,以选择Bank和Row地址(BA0-BA2选择BANK、A0-A15选择Row)。而Read/Write命令并发含带突发操作的起始Column地址,并确定是否发布自动预充电命令(通过A10)和选择BC4或BL8模式(通过A12)(如果模式寄存器使能)。



引入DDR3内存的动因
  目前DDR2尚未完全取代DDR内存,在目前的整机环境下,DDR2基本能够满足各类型计算机的应用需求,那么最新一代的DDR3相比DDR2具有哪些优势,使得包括IntelAMD以及A-DATA在内的众多国际顶级厂商都致力于DDR3的开发与应用呢?
  最主要的原因是,由于DDR2的数据传输频率发展到800MHz时,其内核工作频率已经达到了200MHz,因此,再向上提升较为困难,这就需要采用新的技术来保证速度的可持续发展性。另外,也是由于速度提高的缘故,内存的地址/命令与控制总线需要有全新的拓朴结构,而且业界也要求内存要具有更低的能耗
CPU厂商的DDR3内存攻略
  Intel计划在明年年中为其芯片组加入DDR3内存的支持。Intel芯片组事业部总经理Malinowski说,到那时市场才能准备好接受DDR3内存。
  Intel最新的965芯片组家族只支持DDR2,并放弃了对DDR的支持。
  AMD计划在下一代的K8L架构CPU
  同时,加大对DDR3内存的支持力度,也可以让AMD改善与Intel的竞争中的被动地位。
DDR3内存的发展
  早在2002年6月28日,JEDEC就宣布开始开发DDR3内存标准,但从目前的情况来看,DDR2才刚开始普及,DDR3标准更是连影也没见到。不过目前已经有众多厂商拿出了自己的DDR3解决方案,纷纷宣布成功开发出了 DDR3内存芯片,从中我们仿佛能感觉到DDR3临近的脚步。而从已经有芯片可以生产出来这一点来看,DDR3的标准设计工作也已经接近尾声。
  半导体市场调查机构iSuppli预测DDR3内存将会在2008年替代DDR2成为市场上的主流产品,iSuppli认为在那个时候DDR3的市场份额将达到55%。不过,就具体的设计来看,DDR3与DDR2的基础架构并没有本质的不同从某种角度讲,DDR3是为了解决DDR2发展所面临的限制而催生的产物。
  由于DDR2内存的各种不足,制约了其进一步的广泛应用,DDR3内存的出现,正是为了解决DDR2内存出现的问题,具体有:
  在保证性能的同时将能耗进一步降低
  为了满足这些要求,DDR3内存在DDR2内存的基础上所做的主要改进包括:
  8bitԤȡ设计,DDR2Ϊ4bitԤȡ,这样DRAM内核的频率只有接口频率的1/8DDR3-800的核心工作频率只有100MHz
  采用100nm以下的生产工艺,将工作电压从1.8V降至1.5V增加异步重置(Reset)ZQ校准功能
DDR3内存的封装
  从规格来看,DDR3仍将沿用FBGA封装方式,故在生产上与DDR2内存区别不大。但是由设计的角度上来看,因DDR3的起跳工作频率在1066MHz,这在电路布局上将是一大挑战,特别是电磁干扰,因此也将反映到PCB上增加模块的成本。
  预计在DDR3进入市场初期,其价格将是一大阻碍,而随着逐步的普及,产量的提升才能进一步降低成本。

DDR3内存的技术改进
  那么,从技术看,DDR3内存与目前主流的DDR2内存相比,其特点体现在哪些方面呢?我们首先介绍DDR3内存针对DDR2中存在的不足的改进
  逻辑Bank数量
  ,目的就是为了应对未来大容量芯片的需求。而DDR3很可能将从2Gb容量起步,因此起始的逻辑Bank就是8个,另外还为未来的16个逻辑Bank做好了准备
  封装(Packages)
  DDR3由于新增了一些功能,所以在引脚方面会有所增加,8bit芯片采用78球FBGA封装,16bit芯片采用96球FBGA封装,而DDR2则有60/68/84球FBGA封装三种规格。并且DDR3必须是绿色封装,不能含有任何有害物质
  
  由于DDR3的预取为8bit,所以突发传输周期(由一个BL=4的读取操作加上一个BL=4的写入操作来合成一个BL=8的数据突发传输,届时可通过A12地址线来控制这一突发模式。而且需要指出的是,任何突发中断操作都将在DDR3内存中予以禁止,且不予支持,取而代之的是更灵活的突发传输控制(如4bit顺序突发)。
  
  寻址时序(Timing)
  就像DDR2从DDR转变而来后延迟周期数增加一样,DDR3的CL周期也将比DDR2有所提高。DDR2的CL范围一般在2至5之间,而DDR3则在5至11之间,且附加延迟(AL)的设计也有所变化。DDR2时AL的范围是0至4,而DDR3时AL有三种选项,分别是0、CL-1和CL-2。另外,DDR3还新增加了一个时序参数――写入延迟(CWD),这一参数将根据具体的工作频率而定。
DDR3内存的新增功能 
  如果上一部分介绍的DDR3内存对DDR2内存的改进更多的是某种程度上的修正或简单提高的话,DDR3内存还有部分DDR2内存所不具备的功能,正是这些,让DDR3内存的表现有了根本性的提高
  
  重置(Reset)
  重置是DDR3新增的一项重要功能,并为此专门准备了一个引脚。DRAM业界已经很早以前就要求增这一功能,如今终于在DDR3身上实现。这一引脚将使DDR3的初始化处理变得简单。当Reset命令有效时,DDR3内存将停止所有的操作,并切换至最少量活动的状态,以节约电力。在Reset期间,DDR3内存将关闭内在的大部分功能,所以有数据接收与发送器都将关闭。所有内部的程序装置将复位,DLL(延迟锁相环路)与时钟电路将停止工作,而且不理睬数据总线上的任何动静。这样一来,将使DDR3达到最节省电力的目的。
  
  ZQУ׼
  ZQ也是一个新增的脚,在这个引脚上接有一个240欧姆的低公差参考电阻
  
  参考电压分成两个
  对于内存系统工作非常重要的参考电压信号VREF,在DDR3系统中将分为两个信号。一个是为命令与地址信号服务的VREFCA,另一为数据总线服务的VREFDQ,它将有效的提高系统数据总线的信噪等级。
  
  为了保证所保存的数据不丢失,DRAM必须定时进行刷新,刷新频率高的话,消电就大,温度也随之升高。而温度传感器则在保证数据不丢失的情况下,尽量减少刷新频率,降低工作温度。不过DDR3的ASR是可选设计
  
  这是DDR3的一个可选项
  点对点连接(P2P,Point-to-Point)
  这是为了提高系统性能而进行了重要改动,也是与DDR2系统的一个关键区别。在DDR3系统中,一个内存控制器将只与一个内存通道打交道,而且这个内存通道只能一个插槽。因此内存控制器与DDR3内存模组之间是点对点(P2P,Point-to-Point)的关系(单物理Bank的模组),或者是点对双点(P22P,Point-to-two-Point)的关系(双物理Bank的模组),从而大大减轻了地址/命令/控制与数据总线的负载。而在内存模组方面,与DDR2的类别相类似,也有标准DIMM(台式PC)、SO-DIMM/Micro-DIMM(笔记本电脑)、FB-DIMM2(服务器)之分,其中第二代FB-DIMM将采用规格更高的AMB2(高级内存缓冲器)。不过目前有关DDR3内存模组的标准制定工作刚开始,引脚设计还没有最终确定。
  此外,DDR3还在功耗管理,多用途寄存器方面有不少新的设计。
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