1、DDR系統的三種電源

 

對于電源電壓，DDR SDRAM系統要求三個電源，分別為VDDQ、VTT和VREF。

 

A、主電源VDD和VDDQ

 

主電源的要求是VDDQ=VDD，VDDQ是給IO buffer供電的電源，VDD是給內核供電。但是一般的使用中都是把VDDQ和VDD合成一個電源使用。

 

有的芯片還有專門的VDDL，是給DLL供電的，也和VDD使用同一電源即可。

 

電源設計時，需要考慮電壓、電流是否滿足要求。

 

電源的上電順序和電源的上電時間，單調性等。

 

電源電壓的要求一般在±5%以內。電流需要根據使用的不同芯片，及芯片個數等進行計算。由于DDR的電流一般都比較大，所以PCB設計時，如果有一個完整的電源平面鋪到管腳上，是最理想的狀態，并且在電源入口加大電容儲能，每個管腳上加一個100nF~10nF的小電容濾波。

到了DDR5，電壓從1.2V將會變到1.1V，下降了8.3%，這是幾代DDR總線以來下降比例最少的一次。說明電子技術的發展，對于低功耗的設計難度越來越大。這么低的電壓，其抗干擾設計就會更加的難。對于電源完整性和信號完整性的設計要求就越來越嚴苛。

 

B、參考電源Vref

 

參考電源Vref要求跟隨VDDQ，并且Vref=VDDQ/2，所以可以使用電源芯片提供，也可以采用電阻分壓的方式得到。由于Vref一般電流較小，在幾個mA~幾十mA的數量級，所以用電阻分壓的方式，即節約成本，又能在布局上比較靈活，放置的離Vref管腳比較近，緊密的跟隨VDDQ電壓，所以建議使用此種方式。需要注意分壓用的電阻在100Ω~10kΩ均可，需要使用1%精度的電阻。Vref參考電壓的每個管腳上需要加10nF的電容濾波，并且每個分壓電阻上也并聯一個電容較好。

 

 

Vref此處的電流并不大，通過分壓，可以選擇阻值稍大的電阻。所以需要靠近芯片放置，放置走線過長，被其他大電流信號干擾。

 

C、用于匹配的電壓VTT(Tracking Termination Voltage)

 

VDDQ是一種高電流電源DDR芯片的內核、I/O和存儲器邏輯供電，而Vref是一種低電流、精確的參考電壓，它在邏輯高電平（1）和邏輯低電平（0）之間提供一個閾值，以適應I/O電源電壓的變化。通過提供一個適應電源電壓的精確閾值，VREF實現了比固定閾值和終端和驅動正常變化情況下更大的噪聲裕度。

 

VTT是改善信號質量，最常見的規格是0.49到0.51倍VDDQ，VTT為匹配電阻上拉到的電源，VTT=VDDQ/2。

 

DDR的設計中，根據拓撲結構的不同，有的設計使用不到VTT，如控制器帶的DDR器件比較少的情況下。如果使用VTT，則VTT的電流要求是比較大的，所以需要走線使用銅皮鋪過去。并且VTT要求電源即可以吸電流，又可以灌電流才可以。一般情況下可以使用專門為DDR設計的產生VTT的電源芯片來滿足要求。很多情況下，也采用上下拉電阻實現吸電流和灌電流的功能，即戴維南電路。

 

而且，每個拉到VTT的電阻旁一般放一個10nF~100nF的電容，整個VTT電路上需要有uF級大電容進行儲能。

 

 

 

由于VTT電源必須在 1/2 VDDQ提供和吸收電流，因此如果沒有通過分流來允許電源吸收電流，那么就不能使用一個標準的開關電源。而且，由于連接到VTT的每條數據線都有較低的阻抗，因而電源就必須非常穩定。在這個電源中的任何噪聲都會直接進入數據線。

 

 

VTT 被用來從DDR控制器IC中獲取電壓，給數據總線和地址總線提供電源,VTT不直接應用在DDR器件上，而是在系統電源上（VTT和終端電阻都被集成到 DDR CONTROLLER上），因此不需要在電路圖中額外標出。它的值通常設定大致等于VREF的值（在VREF上下0.04V浮動），并且隨著VREF的變 化而變化。對于DDR1 SDRAM應用中的地址總線控制信號和數據總線信號都有端接電阻。需要一個沒有任何的噪聲或者電壓變化的參考電壓(VREF)，用作DDR SDRAM輸入接收器，VREF也等于1/2 VDDQ。VREF的變化將會影響存儲器的設置和保持時間。

 

2、為什么需要VTT

 

為了符合DDR的要求并保證最優的性能，VTT和VREF需要在電壓、溫度和噪聲容限上進行嚴密的控制以便跟蹤1/2 VDDQ。

 

在實際電路中，對于VREF的電壓采取電阻分壓的方式取得，如下圖所示：

 

 

其中電容為去耦電容。

 

 

DDR顆粒的接收端比較特殊，它是一個差分放大器，其中的一個PIN腳連接Vref是固定，另一個PIN接在DDR控制器的發送端，發送端發送過來的信號，只要比Vref高，高過一定的門限，接受端就認為1，只要比Vref低，低于一定的門限，接收端就認為0。我們知道DDR的速率(電平的切換)是很快的，同時一個控制器會下掛很多顆粒，這就導致總線上的電流(電荷)來不及泄放和補充，這就需要將VTT在VOUT為高的時候，吸收電流，在VOUT為低的時候補充電流；

 

 

以DDR2為例，當VOUT為高電平的時候，VOUT＝1V8，VTT＝0V9，電流b向處于增加的趨勢，當VOUT為0，VTT＝0V9，電流a向處于增加趨勢；

 

一般DDR VTT的拓撲結構

 

 

3、VTT電源工作原理

 

 

其中VFB為電壓反饋端，SW為電壓輸出端；

 

結合DDR拓撲圖來看，當VOUT為低的時候，由于a方向的電流處于增大的趨勢，電感L會產生臨時反向電動勢，來抑制電流變化，這樣導致VTT電壓變小，上管導通，來補償這個電流，直至流經電感的電流等于新的電流；

 

當VOUT為高的時候，由于b方向的電流處于增大的趨勢，電感L會產生臨時的反向電動勢，來抑制電流變化，這樣導致VTT處的電源變大，進而導致Vsense變大，上管關閉，下管導通，吸收電流；

 

4、戴維南電路代替VTT

 

 

在一些設計中，在使用DDR顆粒的情況下，已經基本全部不使用VTT電源，全部采用電阻上下拉的戴維南電路（用上下拉電阻替代VTT電源），只有在使用內存條的情況下才使用VTT電源。需要進行信號完整性仿真之后，確定上下拉電阻的阻值。這個阻值一般比較小，雖然降低了設計復雜度，但是增大了整個系統的功耗。

 

一般情況下，DDR的數據線都是一驅一的拓撲結構，且DDR2和DDR3內部都有ODT做匹配，所以不需要拉到VTT做匹配即可得到較好的信號質量。DDR2的地址和控制信號線如果是多負載的情況下，會有一驅多，并且內部沒有ODT，其拓撲結構為走T型的結構，所以常常需要使用VTT進行信號質量的匹配控制。DDR3可以采用Fly-by方式走線。

 

 

4、VTT電流預估

 

例如：VTT（0.6V）作為地址線/控制線（共25根）的上拉電源 ，上拉電阻39.2歐姆，最大電流計算公式：（0.6V/39.2）*25 = 0.38A。

 

最大電流就是所有信號同為高，或者同為低的時候，所有的信號線都是灌電流或者拉電流。如果有高有底，則會相互抵消，VTT的輸出電流沒有那么大。

（來源：硬件十萬個為什么）