DDR2基础知识

DDR2基础知识DDR2（DoubleDataRate2）SDRAM是由JEDEC（电子设备工程联合委员会）进行开发的新生代内存技术标准，它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是，虽然同是采用了在时钟的上升/下降中同时进行数据传输的基本方式，但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力（即：4bit数据读预取）。换句话说，DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。此外，由于DDR2标准规定所有DDR2内存均采用FBGA封装形式，而不同于目前广泛应用的TSOP/TSOP-II封装形式，FBGA封装可以提供了更为良好的电气性能与散热性，为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了坚实的基础。而在DDR参数基础上加入了新的三项参数标准我们首先来温习一下DDR内存参数标准。（1）CAS(ColumnAddressStrobe)Latency：列地址选通脉冲延迟时间，即DDR-RAM内存接收到一条数据读取指令后要延迟多少个时钟周期才执行该指令。这个参数越小，内存的反应速度越快，可以设置为2.0、2.5、3.0。（2）Row-activedelay（tRAS）：内存行地址选通延迟时间，供选择的数值有1～15，数值越大越慢。（3）RAS-to-CASdelay（tRCD）：从内存行地址转到列地址的延迟时间。即从DDR-RAM行地址选通脉冲(RAS，RowAddressStrobe)信号转到列地址选通脉冲信号之间的延迟周期，也是从1～15可调节，越大越慢。（4）Row-prechargedelay（tRP）：内存行地址选通脉冲信号预充电时间。调节在刷新DDR-RAM之前，行地址选通脉冲信号预充电所需要的时钟周期，从1～7可调，越大越慢。（5）物理Bank：内存与CPU之间的数据交换通过主板上的北桥芯片进行，内存总线的数据位宽等同于CPU数据总线的位宽，这个位宽就称之为物理Bank（PhysicalBank，简称P-Bank）的位宽。以目前主流的DDR系统为例，CPU与内存之间的接口位宽是64bit，也就意味着CPU在一个周期内会向内存发送或从内存读取64bit的数据，那么这一个64bit的数据集合就是一个内存条物理Bank。（6）逻辑Bank：在芯片的内部，内存的数据是以位（bit）为单位写入一张大的矩阵中，每个单元我们称为CELL，只要指定一个行（Row），再指定一个列（Column），就可以准确地定位到某个CELL，这就是内存芯片寻址的基本原理。这个阵列我们就称为内存芯片的BANK，也称之为逻辑BANK（LogicalBANK）。由于工艺上的原因，这个阵列不可能做得太大，所以一般内存芯片中都是将内存容量分成几个阵列来制造，也就是说存在内存芯片中存在多个逻辑BANK，随着芯片容量的不断增加，逻辑BANK数量也在不断增加，目前从32MB到1GB的芯片基本都是4个，只有早期的16Mbit和32Mbit的芯片采用的还是2个逻辑BANK的设计。（7）位宽和带宽：内存的位宽是指内存在一个时钟周期内所能传送数据的位数，以bit为单位，位数越大则瞬间所能传输的数据量越大，这是内存的重要参数之一。内存的带宽是指内存在单位时间内的数据传输速率。（8）内存频率：是指在默认情况下，内存正常工作时的额定运行频率，以MHz（兆赫兹）为单位。显存频率与显存时钟周期是相关的，二者成倒数关系，也就是显存频率＝1/显存时钟周期。因为DDR-RAM在时钟上升期和下降期都进行数据传输，其一个周期传输两次数据，相当于SDRAM频率的二倍，所以习惯上称呼的DDR频率是其等效频率，在其实际工作频率上乘以2，就得到了等效频率。因此所谓的PC3200内存，是指工作频率为200MHz，等效频率为400MHz的DDR内存，也就是常说的DDR400。（9）内存封装：是指内存颗粒所采用的封装技术类型，封装就是将内存芯片包裹起来，以避免芯片与外界接触，防止外界对芯片的损害。空气中的杂质和不良气体，乃至水蒸气都会腐蚀芯片上的精密电路，进而造成电学性能下降。不同的封装技术在制造工序和工艺方面差异很大，封装后对内存芯片自身性能的发挥也起到至关重要的作用。显存封装形式主要有TSOP、TSOP-II、MBGA、FBGA等。（10）SPD（SerialPresenceDetect，串行存在检测）：SPD是一颗8针的EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableROM，电可擦写可编程只读存储器）芯片。它一般位于内存条正面的右侧（如图1），采用SOIC封装形式，容量为256字节（Byte）。SPD芯片内记录了该内存的许多重要信息，诸如内存的芯片及模组厂商、工作频率、工作电压、速度、容量、电压与行、列地址带宽等参数。SPD信息一般都是在出厂前，由内存模组制造商根据内存芯片的实际性能写入到ROM芯片中。这十大定义是DDR的参数标准，而DDR2则又加入了三项新标准，1、OCD（Off-ChipDriver）：也就是所谓的离线驱动调整，DDRII通过OCD可以提高信号的完整性。DDRII通过调整上拉（pull-up）/下拉（pull-down）的电阻值使两者电压相等。使用OCD通过减少DQ-DQS的倾斜来提高信号的完整性；通过控制电压来提高信号品质。2、ODT：ODT是内建核心的终结电阻器。我们知道使用DDRSDRAM的主板上面为了防止数据线终端反射信号需要大量的终结电阻。它大大增加了主板的制造成本。实际上，不同的内存模组对终结电路的要求是不一样的，终结电阻的大小决定了数据线的信号比和反射率，终结电阻小则数据线信号反射低但是信噪比也较低；终结电阻高，则数据线的信噪比高，但是信号反射也会增加。因此主板上的终结电阻并不能非常好的匹配内存模组，还会在一定程度上影响信号品质。DDR2可以根据自已的特点内建合适的终结电阻，这样可以保证最佳的信号波形。使用DDR2不但可以降低主板成本，还得到了最佳的信号品质，这是DDR不能比拟的。3、PostCAS：它是为了提高DDRII内存的利用效率而设定的。在PostCAS操作中，CAS信号（读写/命令）能够被插到RAS信号后面的一个时钟周期，CAS命令可以在附加延迟（AdditiveLatency）后面保持有效。原来的tRCD（RAS到CAS和延迟）被AL（AdditiveLatency）所取代，AL可以在0，1，2，3，4中进行设置。由于CAS信号放在了RAS信号后面一个时钟周期，因此ACT和CAS信号永远也不会产生碰撞冲突。那么究竟DDR2与DDR1有什么本质区别呢？一、封装：DDR内存通常采用TSOP芯片封装形式，这种封装形式可以很好的工作在200MHz上，当频率更高时，它过长的管脚就会产生很高的阻抗和寄生电容，这会影响它的稳定性和频率提升的难度。这也就是DDR的核心频率很难突破275MHZ的原因。而DDR2内存均采用FBGA封装形式。不同于目前广泛应用的TSOP封装形式，FBGA封装提供了更好的电气性能与散热性，为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了良好的保障。二、电压：DDR2内存采用1.8V电压，相对于DDR标准的2.5V，降低了不少，从而提供了明显的更小的功耗与更小的发热量。DDR与DDR2工作原理在新技术方面，与普通DDR内存不同的是，DDR2内存使用了更新的技术，其中最主要的是OCD（Off-ChipDriver）、ODT（OnDieTerminator）和PostCAS。OCD被称为离线驱动调整（如图5），DDR2通过OCD技术可以提高信号的完整性，DDR2通过调整上拉（pull-up）/下拉（pull-down）的电阻值使两者电压相等，使用OCD通过减少DQ-DQS的倾斜来提高信号的完整性；通过控制电压来提高信号品质。在I/ODriver新增稳压线路，令充电、放电动作的电压值的误差减至最少，以防止电压不稳定的时候引起资料丢失。OCD技术工作原理DDR2内存本身集成了ODT信号终结器（如图6），在并行总线中，信号传输到一端的尽头之后不会自动消失，而会沿着相反的方向反射回去，这样就会与后面传送过来的信号发生碰撞，导致传输数据出错。一般情况下，工作频率越高，信号反射的现象就越严重，终结器就是用来解决这个问题的，它可以有效的吸收末端信号，防止数据的反射。DDR2内存直接将终结器整合在内存芯片中，以内部逻辑的形态存在。如果多条模组一起工作，系统可以自动控制每一条模组中ODT功能的开启或关闭，这样我们就不必担忧信号会在第一条模组中就被终结掉，而在后续模组中无法生效的问题。ODT信号终结器DDR2通过引入PostCAS功能来解决指令冲突问题，PostCAS是为了提高DDRII内存的利用效率而设定的。PostedCAS是指将CAS（读/写命令）提前几个周期、直接插到RAS信号后面的一个时钟周期（如图7）。这样CAS命令可以在随后的几个周期内都能保持有效，但读/写操作并没有因此提前，总的延迟时间也没有改变。由于CAS信号放在了RAS信号后面一个时钟周期，它的好处在于可以彻底避免信号冲突、提高内存使用效率。但这种功能的效果只有在读写极其频繁的环境下才能得到体现，若是普通应用，PostedCAS反而会增加读取延迟、令系统性能下降。用户通过调整主板CMOS中的设置，来控制PostedCAS功能开启或关闭。PostCAS工作原理