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DDR SDRAM 技术总结
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.............................................................................................3
3.1 差分时钟...................................................................................................................5
3.2 数据选取脉冲(DQS)...........................................................................................6
3.3 写入延迟...................................................................................................................7
3.4 突发长度与写入掩码...............................................................................................8
3.5 延迟锁定回路(DLL) ...........................................................................................9
4 DDR-Ⅱ与DDR-Ⅲ .................................................................................................................10
4.1 DDR-Ⅱ内存结构...................................................................................................11
4.2 DDR-Ⅱ的新操作与新时序设计 ...........................................................................12
4.3 DDR-Ⅱ未来发展与DDR-Ⅲ .................................................................................17
5 内存模组.................................................................................................................................23
5.1 内存模组的分类.....................................................................................................23
5.2 未来模组的技术发展.............................................................................................24
1
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。
(上图可点击放大)
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
从中可以发现它多了两个信号: CLK#与 DQS,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
2
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。
(上图可点击放大)
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 的数据给北桥。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)。
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
3
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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