FPGA到高速DRAM的接口設計(04-100)
在接收DQS信號時,存儲器控制器必須相移DQS信號使其與DQ信號對準。電路板引起的DQS和DQ之間的偏移,控制器中合成數據有效視窗和控制器輸入寄存器中取樣視窗要求決定必須延遲的DQS時間量。
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/80852.htm這是DRAM控制器設計中最需要解決的問題之一。存儲器接口設計人員可采用下列技術對準DQS到數據有效視窗中心:板跡線DQS延遲,片上跡線DQS延遲,片上DLL或鎖相環(PLL)。
DQS板跡線延遲
這是對準DQS和相關DQ信號的傳統方法。但此技術基于如下原因證明在復雜系統中存在性能障礙并且是無效的:
·以400Mbit/s為例,DQS相對于DQ額定延遲是1.25ns(假定DQS信號與DQ信號中心對準所需的相移是90°)。實現此延遲必須增加大約7~8英寸跡線長度到DQS線(根據50Ω特性阻抗的FR4片狀微帶大約160ps/in延遲)。若需要額外的信號布置,這不僅僅是復雜的板布置,而且會導致增加板成本。這對于與DIMM接口是特別確切的,由于路由每個DQS信號所需的另外長度是困難的。
·所需的延遲和所引起的跡線長度必須精確地預先確定。這鎖定接口到專門頻率,使設計人員靈活性很少。接口頻率的任何變化將需要重新布置電路板。
·增加跡線長度也會導致DQS線上較高的損耗。因此,這會連累上升和下降時間,限制了最高可達到的頻率。
片上遲遲元件
此方法是用串聯連接的延遲元件實現預先確定的延遲。延遲和實現延遲所需的相應延遲元件數必須根據工作頻率和每個頻率合適的元件數進行計算。設計人員可以用不同的設計技術,采用粗和細延遲結合起來進一步精確調節到所希望的值。然而,延遲元件對工藝、電壓、溫度(PVT)參量是固有敏感的,可高達±40%。這些延遲變量降低了控制器的有效取樣視窗,并不能用頻率標定。因此,這種方法的局限性使它僅在較低頻率(133MHz以下頻率)是有用的。
片上DLL
為了解決上述兩個實現方法的設計問題,設計人員可以采用片上DLL,把延遲引入DQS線上。用所希望接口頻率的參考時鐘和把所需延遲做為此時鐘周期的百分比,DLL可以選擇正確的延遲元件數來達到所希望的延遲。
例如,Altera采用這種方法在讀操作期間實現90°DQS相移。這些FPGA具有片上DQS相移電路并在芯片的頂部和底部有專用DQS—DQ I/0引腳。當不與外部存儲器接口時,這些引腳可用做通用I/0。
然而,當與外部存儲器(如DDR SDRAM)接口時,這些引腳必須用于DQS。每個DQS信號都是與一組DQ信號相關。DQS:DQ比在用Stratix II FPGA時為1:4,1:8,1:16,1:18,1:32或1:36,而用Stratix FPGA 其比為1:8,1:16或1:32。
專門DQS引腳在路由到I/O輸入寄存器前,內部連到延遲元件組。這些元件的附加延遲由DQS相移電路控制。專門DQS相移電路由DLL和控制電路組成,能夠在讀操作期間,在輸入DQS信號上進行自動片上延遲插入。DQS相移電路用頻率基準來為每個專門DQS引腳上的延遲元件產生控制信號,允許它來補償PVT變化。此外,為使通道間的偏移最小,相移DQS信號通過平衡時間網絡傳輸到DQ I/O元件(IOE)。
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