1、DDR係統的三種電源

 

對於電源電壓，DDR SDRAM係統要求三個電源

，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。由於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麵鋪到管腳上，是最理想的狀態，並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(zong)線(xian)以(yi)來(lai)下(xia)降(jiang)比(bi)例(li)最(zui)少(shao)的(de)一(yi)次(ci)。說(shuo)明(ming)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)
，對(dui)於(yu)低(di)功(gong)耗(hao)的(de)設(she)計(ji)難(nan)度(du)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)。這(zhe)麼(me)低(di)的(de)電(dian)壓(ya)

，其(qi)抗(kang)幹(gan)擾(rao)設(she)計(ji)就(jiu)會(hui)更(geng)加(jia)的(de)難(nan)。對(dui)於(yu)電(dian)源(yuan)完(wan)整(zheng)性(xing)和(he)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)的(de)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)就(jiu)越(yue)來(lai)越(yue)嚴(yan)苛(ke)。

 

B
、參考電源Vref

 

參考電源Vref要求跟隨VDDQ

，並且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。由於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，並且每個分壓電阻上也並聯一個電容較好。

 

 

Vref此處的電流並不大
，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，被其他大電流信號幹擾。

 

C、用於匹配的電壓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，如控製器帶的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。並且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。

 

 

 

由於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，那麼就不能使用一個標準的開關電源。而且，由於連接到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控製器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，而是在係統電源上（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於VREF的值（在VREF上下0.04V浮動），並且隨著VREF的變 化而變化。對於DDR1 SDRAM應用中的地址總線控製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也等於1/2 VDDQ。VREF的變化將會影響存儲器的設置和保持時間。

 

2
、為什麼需要VTT

 

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

 

在實際電路中，對於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控製器的發送端
，發送端發送過來的信號，隻要比Vref高，高過一定的門限，接受端就認為1，隻要比Vref低，低於一定的門限
，接收端就認為0。我們知道DDR的速率(電平的切換)是很快的
，同時一個控製器會下掛很多顆粒，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向處於增加的趨勢，當VOUT為0


，VTT＝0V9，電流a向處於增加趨勢；

 

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
，由於a方向的電流處於增大的趨勢，電感L會產生臨時反向電動勢，來抑製電流變化
，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於新的電流；

 

當VOUT為高的時候，由於b方向的電流處於增大的趨勢
，電感L會產生臨時的反向電動勢，來抑製電流變化

，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），隻有在使用內存條的情況下才使用VTT電dian源yuan。需xu要yao進jin行xing信xin號hao完wan整zheng性xing仿fang真zhen之zhi後hou，確que定ding上shang下xia拉la電dian阻zu的de阻zu值zhi。這zhe個ge阻zu值zhi一yi般ban比bi較jiao小xiao，雖sui然ran降jiang低di了le設she計ji複fu雜za度du，但dan是shi增zeng大da了le整zheng個ge係xi統tong的de功gong耗hao。

 

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的地址和控製信號線如果是多負載的情況下，會有一驅多
，並且內部沒有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製。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/控製線（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的輸出電流沒有那麼大。

（來源：硬件十萬個為什麼）