DDRx的关键技术介绍（上）

文 | 周伟   一博科技高速先生团队队员

在上一篇的问题里面问到了DDRX相对于前一代来说的关键技术突破在哪里，虽然没有人回答得完全正确，但这个也是很正常的，因为通过几句话要想说清楚也确实是不容易的，所以还是通过文章来把这些关键技术再给大家介绍一下。

差分时钟技术

差分时钟是DDR的一个重要且必要的设计，但大家对CK#（CKN）的作用认识很少，很多人理解为第二个触发时钟，其实它的真实作用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#（CKN）就起到纠正的作用（CK上升快下降慢，CK#则是上升慢下降快），如下图一所示。

图一 差分时钟示意图

数据选取脉冲（DQS）

就像时钟信号一样，DQS也是DDR中的重要功能，它的功能主要用来在一个时钟周期内准确的区分出每个传输周期，并便于接收方准确接收数据。每一颗8bit DRAM芯片都有一个DQS信号线，它是双向的，在写入时它用来传送由主控芯片发来的DQS信号，读取时，则由DRAM芯片生成DQS向主控发送。完全可以说，它就是数据的同步信号。

在读取时，DQS与数据信号同时生成（也是在CK与CK#的交叉点）。而DDR内存中的CL也就是从CAS发出到DQS生成的间隔，数据真正出现在数据I/O总线上相对于DQS触发的时间间隔被称为tAC。实际上，DQS生成时，芯片内部的预取已经完毕了，由于预取的原因，实际的数据传出可能会提前于DQS发生（数据提前于DQS传出）。由于是并行传输，DDR内存对tAC也有一定的要求，对于DDR266，tAC的允许范围是±0.75ns，对于DDR333，则是±0.7ns，其中CL里包含了一段DQS的导入期。

DQS 在读取时与数据同步传输，那么接收时也是以DQS的上下沿为准吗？不，如果以DQS的上下沿区分数据周期的危险很大。由于芯片有预取的操作，所以输出时的同步很难控制，只能限制在一定的时间范围内，数据在各I/O端口的出现时间可能有快有慢，会与DQS有一定的间隔，这也就是为什么要有一个tAC规定的原因。而在接收方，一切必须保证同步接收，不能有tAC之类的偏差。这样在写入时，DRAM芯片不再自己生成DQS，而以发送方传来的DQS为基准，并相应延后一定的时间，在DQS的中部为数据周期的选取分割点（在读取时分割点就是上下沿），从这里分隔开两个传输周期。这样做的好处是，由于各数据信号都会有一个逻辑电平保持周期，即使发送时不同步，在DQS上下沿时都处于保持周期中，此时数据接收触发的准确性无疑是最高的，如下图二所示。

图二  数据时序

数据掩码技术（DQM）

不是DDR所特有的，但对于DDR来说也是比较重要的技术，所以一并介绍下。

为了屏蔽不需要的数据，人们采用了数据掩码（Data I/O Mask，简称DQM）技术。通过DQM，内存可以控制I/O端口取消哪些输出或输入的数据。这里需要强调的是，在读取时，被屏蔽的数据仍然会从存储体传出，只是在“掩码逻辑单元”处被屏蔽。 

DQM由主控芯片控制，为了精确屏蔽一个P-Bank位宽中的每个字节，每个64bit位宽的数据中有8个DQM信号线，每个信号针对一个字节。这样，对于4bit位宽芯片，两个芯片共用一个DQM 信号线，对于8bit位宽芯片，一个芯片占用一个DQM信号，而对于16bit位宽芯片，则需要两个DQM引脚。SDRAM 官方规定，在读取时DQM发出两个时钟周期后生效，而在写入时，DQM与写入命令一样是立即生效，如下图三和四分别显示读取和写入时突发周期的第二笔数据被取消。 

图三  读取时数据掩码操作

图四  写入时数据掩码操作

所以DQM信号的作用就是对于突发写入，如果其中有不想存入的数据，就可以运用DQM信号进行屏蔽。DQM信号和数据信号同时发出，接收方在DQS的上升与下降沿来判断DQM的状态，如果DQM为高电平，那么之前从DQS中部选取的数据就被屏蔽了。

有人可能会觉得，DQM是输入信号，意味着DRAM芯片不能发出DQM信号给主控芯片作为屏蔽读取数据的参考。其实，该读哪个数据也是由主控芯片决定的，所以DRAM芯片也无需参与主控芯片的工作，哪个数据是有用的就留给主控芯片自己去选择。

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