DDR的VTT有源端接和无源端接(slua886a笔记)
背景
对于DDR的VTT端接,一直有说法是有源端接可降低功耗。之前一直没仔细理解其中原因,现在找了些相关的资料来介绍和对比有源和无源端接,理解有源端接的优点和降低功耗的原理。
主要基于读slua886a和自己查的其他一些资料。大家看到这个编号,就猜到了这是TI的一份文档。
对DDR的原理和使用的了解十分有限,仅供参考。
SSTL简介
DDR常用的IO形式是SSTL (Stub Series Terminated Logic),比如SSTL_2,SSTL_18等。(DDR4中已经改用pseudo open-drain (POD)的形式,在此就不介绍了,主要原因还是我不懂)
发送端和接收端的结构如下图所示。
- 发送端是一个推挽形式的驱动器,
RS
为驱动器的串联电阻。 -
RT
为外部的端接电阻。VTT
为端接的电压。 - 接收端是把输入电压
VIN
和基准电压VREF
进行比较。
这里我其实有个问题,不接RT和VTT,看起来也能正常工作——可能是VTT端接可改善信号质量。
SSTL更详细的结构如下图。
- 理想的
VTT=VREF=1/2*VDDQ
- 可以看到,如果发送端的上管开启,VOUT=VDDQ,
VOUT>VTT
——RT的电流方向为向上
——VIN>VTT=VREF
,因此接收到高电平。 - 反之,下管开启,
VIN<VTT=VREF
,因此接收到高电平
如果VTT
的电压偏离VREF
,接收的数据就可能错误。根据slua886a
,SSTL_18标准要求高电平至少需要为VREF+125mV
。如果简单把上管开启后的情况看成是VCCQ--[RS]--VIN--[RT]--VTT
这种电阻分压的形式,显然VTT
电压下降会导致VIN
电压跟着下降——结论是,VTT
电压不能过低。同理,VTT电压也不能过高。理想情况下,VTT应该是跟随VREF变化。
无源端接
无源端接即使用两个电阻分压产生VTT=VDDQ/2
。这两个电阻的阻值需要足够小,来保证在各种工况下VTT
不偏离VREF
太多。
看下slua886a
中一个关于DDR2端接的一个例子。这里假设SSTL的MOS的导通电阻为20R。而VTT共接了42个信号。
- 有21个信号为1,21个信号为0:如下图,相当于有21个65R并联在上拉的电阻,另外21个65R并联在下拉的电阻,因此,此时上下的等效电阻基本相等,保证了
VTT=VDDQ/2
。(也可以按照下图,从电流的角度来理解,VTT
电源的净电流为0)
- 极端的情况,42个信号都为0时,所有的42个65R电阻都并联在下拉的Rp上,此时下拉的等效电阻最小,因此
VTT
达到最低。
之前说的VTT,按照slua886a
的电阻值来计算,DDR2的SSTL_18中,VTT
应大于0.54V。
(具体计算:根据VTT-[25R]--VIN=1.025V--[40R]--VDDQ
这个回路计算得到)
Assuming the number of low bit lines is larger than that of high bit lines, the net VTT current goes out of termination and VTT voltage is lower than VDDQ/2. Based on calculation, to make VIN at high bit line higher than logic high threshold (VREF + 125 mV = 1.025 V), VTT voltage must be higher than 0.54 V
就根据这两个条件计算Rp
值:
- VTT=0.54V
- VTT是Rp//(65R/42)和Rp分压结果。
得到Rp=2.06Ω
。这个阻值很小,这两个分压电阻上就有较高的功耗1.8^2/2.06=0.81W
。
因此,无源端接的VTT会随信号变化而跳变,并且分压电阻的阻值小、功耗高。
有源端接
无源端接的分压电阻驱动能力弱(带不动很多根信号线,暂时就叫驱动能力吧),而且分压电阻消耗的功率实际上是白白消耗的。所以另一种方案是,把VTT连接到专用的DC-DC或者LDO,也就是有源端接。
比如,下图的MAX1809应用电路,看起来和一个普通DC-DC没有太大差别。主要区别在于,这个芯片除了一般的输出电流的情况(对应所接数据线“0”的数量大于“1”的数量),还需要支持电流倒灌的情况
。
使用这类芯片,调节速度很快,如下图,VTT可以看做是基本恒定,主要就是省去了无源端接中那两个分压电阻的功耗,从而降低的端接所需的功率。
根据slua886a
做的对比,有源端接的功耗可以是无源端接的低至1/3。
相关芯片
LDO TPS51200
- VLDOIN为LDO的输入
- VTT为LDO的输出,具有±3A的驱动能力,电压VTT=VTTREF=REFIN
- VTTREF精度较高,但是驱动能力弱,可接在DDR的VREF
- 支持VO远端反馈
DC-DC MAX1809
这个手册大致解释了电流source和sink两种情况的原理。
- source:控制方式同一般的buck。
- sink:做为boost电路来控制。——不过这个倒灌回去的电流去哪了,我就不知道了——可能是被VIN的其他负载消耗了?
参考资料
slua886a:DDR VTT Power Solutions: A Competitive Analysis (Rev. A)
TI的VTT相关芯片选型:
TPS51200 data sheet, product information and support | TI.com
DDR memory power ICs | TI.com
ADI的一种DC-DC VTT调节器
MAX1809 3A、1MHz、DDR存储器端接电源 | 亚德诺(ADI)半导体 (analog.com)文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-491331.html
其他一些大致读过的资料:
Generating VREF and VTT in QDR®, DDR-II, DDR-II+, … - Infineon Developer Community
TN-41-13: DDR3 Point-to-Point Design Support (micron.com)
https://www.microsemi.com/document-portal/doc_view/14638-an-17-ddr-sdram-memory-termination-lx1672
USING THE LX1672 AND LX1673 FOR DDR SDRAM MEMORY
SSTL FOR DIMM APPLICATIONS文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-491331.html
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