在PCB設計中使用SDRAM與DDR RAM

嵌入式計算機、視覺設備、數據采集模塊等都需要一些內存,無論是閃存芯片還是RAM模塊。通常情況下,閃存芯片或小型eMMC模塊不會用于臨時存儲,因為設備需要不斷重寫。相反,如果您碰巧需要一個易失性(即臨時的)內存解決方案,您可以選擇靜態或動態RAM(SRAM或DRAM)。在這兩種類型的ram中,有異步和同步兩種類型,其中同步型通常用于現代高速電子設備中。
SDRAM是這些標準的、低速/低容量選項之一,可用于無外部板的板載存儲器。沒有使用過RAM模塊的設計師們可能會想到大型DDR RAM棒,就像你在臺式機或筆記本電腦上安裝的那樣。取而代之的是,單個RAM芯片可以安裝在一塊板上,而且它們不需要是典型的SODIMM棒上的那種高速、大容量RAM IC。如果您需要決定在您的電路板中使用哪種類型的內存,請繼續閱讀SDRAM與DDR內存模塊的一些基本設計指南。
SDRAM與DDR RAM模塊SDRAM(synchronous dynamic RAM,同步動態RAM)模塊是現代電子技術中使用的標準RAM模塊。在比較SDRAM和DDR時,需要注意的是DDR是SDRAM的一種,最早的ddrsdram芯片是1997年由三星發布的。從那時起,新一代的解甲歸田產生了,內存容量也提高了。不過,以單數據速率運行的SDRAM模塊并沒有消失。從這里開始,每當我提到“SDRAM”,只要知道我指的是單數據速率版本,而不是DDR。
下表比較了SDRAM和DDR的一些基本操作參數。從這個表中我們可以看出,除了時鐘速率和容量外,這兩種類型的存儲器具有相似的功能。
非DDR SDRAM模塊 | DDR模塊 | |
最大總線時鐘速率 | 200MHz | 1600MHz |
容量 | <1 Gb (Up to 256 or 512 Mb max) | >1 Gb |
總線寬度 | 最多32位 | 最多64位 |
長度匹配 | 是的(非常慷慨,在某些產品中可耐受400-500mil) | 是的 |
接口類型 | 同步 | 同步 |
阻抗 | 50歐姆特性 | 取決于控制器的驅動強度,也有差分對 |
包裹 | BGA 封裝 (例如TFBGA) or TSOP | BGA封裝 |
成本 | 低(約5美元) | 可能很高 |
一般來說,DDR中較高的時鐘速率,以及DDR每個時鐘周期傳輸2倍數據的事實,意味著DDR模塊比單數據速率SDRAM快得多。這兩種類型的RAM都有同步接口,這意味著它們使用源同步時鐘來觸發來自內存模塊的數據傳輸。這需要在總線上強制執行長度調整,以便
上面列出的DDR編號是用于DDR4模塊的;DDR3和更早的版本將有更低的規格,以及更低的成本。DDR5正在將上表中的限制提高到更高的時鐘頻率(3200 MHz)和數據速率(每個模塊高達6400 MT/s),最新的消費和服務器產品將于2021年晚些時候推出。所有這些都引出了一個問題:如果DDR具有更高的容量和數據傳輸速率,為什么不在每個需要易失性內存的系統中使用DDR?
為什么要使用單速率SDRAM?對于某些系統,使用板載DDR模塊或通過邊緣連接器訪問DDR棒都是過火了。除非在嵌入式設備上運行完整的操作系統或多個應用程序,否則不需要那么多的RAM。這并不意味著小型嵌入式系統不需要大量內存。通常,所需的內存是非易失性的,可以通過閃存芯片、SD卡或eMMC模塊提供。
以下是您可能希望在嵌入式系統架構中使用SDRAM模塊而不是完整DDR模塊的一些主要原因:
與MCU的接口:我還沒聽說過一個可以連接到DDR模塊的MCU;你至少需要一個微處理器或一個FPGA。然而,一些更強大的mcu可以通過內部控制器訪問大量的易失性內存。這個STM32F7系列MCU是一個非常流行的例子;它的內部靈活內存控制器(FMC)可以用來訪問大約100兆赫的SDRAM。
低成本:在需要大量內存的嵌入式系統中,例如執行嵌入式推理任務的具有ML能力的小型系統,系統可能需要大量內存,這些內存可以由RAM模塊提供。由于這類系統的部署預計只會增加,所以當SDRAM芯片可以完成這項工作時,使用昂貴的DDR模塊是沒有意義的。
更容易布線:由于SDRAM芯片運行速度稍慢,信號上升時間較慢,所以長度匹配要求就容易得多。一定要對這些限制進行編碼在你的設計規則里
減少串擾:任何高速數字協議,包括DDR4與其他總線內部的一些總線接口會有串擾。低速運行的好處在于總線中信號之間的串擾不那么強烈。
相同的總線拓撲:SDRAM和DDR使用相同類型的總線,這意味著它們具有相同的信號集,并且信號具有相同的含義。如果你知道如何路由一個單數據速率SDRAM接口,那么你就知道了如何更快地使用DDR接口。

這些蛇形部分用于SDRAM和更快的DDR接口中的并行總線的長度匹配。
不是每一個系統都需要一個單獨的數據速率SDRAM模塊,但它們肯定更容易與基于微控制器構建的流行嵌入式系統架構一起使用。如果您正在設計一個定制的單板計算機或主板,并且您的系統需要高內存,那么就咬緊牙關,使用一個或多個DDR模塊。如果你從來沒有使用過現代的DDR模塊,你仍然可以低到DDR2,而且與典型的SDRAM模塊相比,你的系統將有足夠的內存。
在比較SDRAM和DDR時,一旦確定了所需內存的類型和數量,請使用中最好的PCB布局軟件AD創建你的物理布局。當您需要評估PCB布局中的信號完整性和EMI時,AD用戶可以使用EDB Exporter extension將其設計導入到Ansys field solvers并執行一系列強大的信號完整性仿真。當您完成設計并希望將文件發布給制造商時 Altium 365型 He平臺使協作和共享項目變得更加容易。
*博客內容為網友個人發布,僅代表博主個人觀點,如有侵權請聯系工作人員刪除。