DDRx的關鍵技術介紹（上）

文 | 周偉   一博科技高速先生團隊隊員

在上一篇的問題里面問到了DDRX相對于前一代來說的關鍵技術突破在哪里，雖然沒有人回答得完全正確，但這個也是很正常的，因為通過幾句話要想說清楚也確實是不容易的，所以還是通過文章來把這些關鍵技術再給大家介紹一下。

差分時鐘技術

差分時鐘是DDR的一個重要且必要的設計，但大家對CK#（CKN）的作用認識很少，很多人理解為第二個觸發時鐘，其實它的真實作用是起到觸發時鐘校準的作用。 

由于數據是在CK的上下沿觸發，造成傳輸周期縮短了一半，因此必須要保證傳輸周期的穩定以確保數據的正確傳輸，這就要求CK的上下沿間距要有精確的控制。但因為溫度、電阻性能的改變等原因，CK上下沿間距可能發生變化，此時與其反相的CK#（CKN）就起到糾正的作用（CK上升快下降慢，CK#則是上升慢下降快），如下圖一所示。

圖一 差分時鐘示意圖

數據選取脈沖（DQS）

就像時鐘信號一樣，DQS也是DDR中的重要功能，它的功能主要用來在一個時鐘周期內準確的區分出每個傳輸周期，并便于接收方準確接收數據。每一顆8bit DRAM芯片都有一個DQS信號線，它是雙向的，在寫入時它用來傳送由主控芯片發來的DQS信號，讀取時，則由DRAM芯片生成DQS向主控發送。完全可以說，它就是數據的同步信號。

在讀取時，DQS與數據信號同時生成（也是在CK與CK#的交叉點）。而DDR內存中的CL也就是從CAS發出到DQS生成的間隔，數據真正出現在數據I/O總線上相對于DQS觸發的時間間隔被稱為tAC。實際上，DQS生成時，芯片內部的預取已經完畢了，由于預取的原因，實際的數據傳出可能會提前于DQS發生（數據提前于DQS傳出）。由于是并行傳輸，DDR內存對tAC也有一定的要求，對于DDR266，tAC的允許范圍是±0.75ns，對于DDR333，則是±0.7ns，其中CL里包含了一段DQS的導入期。

DQS 在讀取時與數據同步傳輸，那么接收時也是以DQS的上下沿為準嗎？不，如果以DQS的上下沿區分數據周期的危險很大。由于芯片有預取的操作，所以輸出時的同步很難控制，只能限制在一定的時間范圍內，數據在各I/O端口的出現時間可能有快有慢，會與DQS有一定的間隔，這也就是為什么要有一個tAC規定的原因。而在接收方，一切必須保證同步接收，不能有tAC之類的偏差。這樣在寫入時，DRAM芯片不再自己生成DQS，而以發送方傳來的DQS為基準，并相應延后一定的時間，在DQS的中部為數據周期的選取分割點（在讀取時分割點就是上下沿），從這里分隔開兩個傳輸周期。這樣做的好處是，由于各數據信號都會有一個邏輯電平保持周期，即使發送時不同步，在DQS上下沿時都處于保持周期中，此時數據接收觸發的準確性無疑是最高的，如下圖二所示。

圖二  數據時序

數據掩碼技術（DQM）

不是DDR所特有的，但對于DDR來說也是比較重要的技術，所以一并介紹下。

為了屏蔽不需要的數據，人們采用了數據掩碼（Data I/O Mask，簡稱DQM）技術。通過DQM，內存可以控制I/O端口取消哪些輸出或輸入的數據。這里需要強調的是，在讀取時，被屏蔽的數據仍然會從存儲體傳出，只是在“掩碼邏輯單元”處被屏蔽。 

DQM由主控芯片控制，為了精確屏蔽一個P-Bank位寬中的每個字節，每個64bit位寬的數據中有8個DQM信號線，每個信號針對一個字節。這樣，對于4bit位寬芯片，兩個芯片共用一個DQM 信號線，對于8bit位寬芯片，一個芯片占用一個DQM信號，而對于16bit位寬芯片，則需要兩個DQM引腳。SDRAM 官方規定，在讀取時DQM發出兩個時鐘周期后生效，而在寫入時，DQM與寫入命令一樣是立即生效，如下圖三和四分別顯示讀取和寫入時突發周期的第二筆數據被取消。 

圖三  讀取時數據掩碼操作

圖四  寫入時數據掩碼操作

所以DQM信號的作用就是對于突發寫入，如果其中有不想存入的數據，就可以運用DQM信號進行屏蔽。DQM信號和數據信號同時發出，接收方在DQS的上升與下降沿來判斷DQM的狀態，如果DQM為高電平，那么之前從DQS中部選取的數據就被屏蔽了。

有人可能會覺得，DQM是輸入信號，意味著DRAM芯片不能發出DQM信號給主控芯片作為屏蔽讀取數據的參考。其實，該讀哪個數據也是由主控芯片決定的，所以DRAM芯片也無需參與主控芯片的工作，哪個數據是有用的就留給主控芯片自己去選擇。

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