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如何降低DDR4系统功耗?PSOD输出藏猫腻

2017/03/22
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DDR4 是 JEDEC 组织关于 DRAM 器件的下一代标准。DDR4 主要是针对需要高带宽低功耗的场合。这些需求导致了 DDR4 芯片引入了一些新的特点,这些新的特点,导致在系统设计中,引入一些新的设计需求。

DDR4 的 I/O 架构称为 PSOD(Pseudo Open Drain),这个新的设计,将会带来接收端功耗的变化,以及 Vref 电平的差异。接下来的将会讨论 PSOD 输出和上一代 DDR3 标准的差异。

POD vs STLL

驱动 DRAM 工业发展的一个主要市场需求是对内存器件的低功耗要求。介于这个原因,DDR4 引入了一个新的 IO 驱动标准,成为 PSOD(Pseudo Open Drain)。在 PSOD 里,接收端将信号端接到轨电压(VDD),而不是轨电压的一半(VDD/2)。

为了直观的看出端接方式的差异对总的功耗的影响,下面分别比较了在输出高和低得情况下,DDR4/DDR3 的电流流向。

当输出为低时,SSTL/POD 的都会有电流流过。实际上,POD 的拉电流会比 SSTL 稍大,因为其端接的轨电压,而 SSTL 的端接到轨电压的一般。这个也是为什么 DDR4 的轨电压选用了一个稍微低一点的电平。

主要的区别在于输出高电平时。SSTL 电平将会继续有消耗电流,并且电流大小和输出低电平的时候一致。POD 在输出高电平时,没有工作电流。

所以,一个降低 DDR4 系统功耗的方法是,尽量加大 DDR4 输出高的数量。这个就是为什么 DDR4 中多了“DBI 管脚”。举个例子,当 8bit lane 中有至少有 5 个 DQ 都是低时,所有的 Bit 将会被翻转,并且 DBI(Data Bus Inversion)置低,用来指示数据线的反转。通过这个方法,总共 9 个信号中(8 个 DQ 和 1 个 DBI),总有至少 5 个是被驱动为高电平。如果原始的数据中有 4 个或者更多的信号被驱动为高时,那么 DBI 信号也将会设为高,同样,还是 9 个里面至少有 5 个为高。这样的话,在每一个数据传输的过程中,都是至少有 5/9 的数据是高电平,可以在一定程度上降低了功耗。

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