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電源設計技巧:DDR內存電源
摘要: CMOS邏輯系統(tǒng)的功耗主要與時鐘頻率,、系統(tǒng)內各柵極的輸入電容以及電源電壓有關,。器件形體尺寸減小后,,電源電壓也隨之降低,,從而在柵極層大大降低功耗,。這種低電壓器件擁有更低的功耗和更高的運行速度,允許系統(tǒng)時鐘頻率升高至千兆赫茲級別,。
Abstract:
Key words :

  CMOS邏輯系統(tǒng)的功耗主要與時鐘頻率,、系統(tǒng)內各柵極的輸入電容以及電源電壓有關。器件形體尺寸減小后,,電源電壓也隨之降低,,從而在柵極層大大降低功耗。這種低電壓器件擁有更低的功耗和更高的運行速度,,允許系統(tǒng)時鐘頻率升高至千兆赫茲級別,。在這些高時鐘頻率下,,阻抗控制,、正確的總線終止和最小交叉耦合,帶來高保真度的時鐘信號,。傳統(tǒng)上,,邏輯系統(tǒng)僅對一個時鐘沿的數據計時,而雙倍數據速率 (DDR) 內存同時對時鐘的前沿和下降沿計時,。它使數據通過速度翻了一倍,,且系統(tǒng)功耗增加極少。

  高數據速率要求時鐘分配網絡設計要倍加小心,,以此來最小化振鈴和反射效應,,否則可能會導致對邏輯器件非有意計時。圖1顯示了兩種備選總線終止方案,。第一種方案(A)中,,總線終止電阻器放置于分配網絡的末端,并連接至接地,。如果總線驅動器處于低態(tài)下,,電阻器的功耗便為零。在高態(tài)下時,,電阻器功耗等于電源電壓(VDD)平方除以總線電阻(源阻抗加端接電阻),。平均功耗為電源電壓平方除以兩倍總線電阻。

 

  VTT 端接電壓降低一半端接功耗

  圖1 VTT 端接電壓降低一半端接功耗

 

  第二種方案(B)中,,端接電阻器連接至電源電壓 (VTT),,電源電壓為VDD電壓的一半。電阻器功耗恒定,,且與電源電壓無關,,其等于 VTT(或(Vdd/2))平方除以端接電阻。相比第一種方法,,這種方法產生的功耗僅為其1/2,,但需要增加一個電源,。同時,它對電源的要求有些特別,。首先,,其輸出需要為驅動器電壓 (VDD)的一半;其次,,它需要同時輸出電流和汲取電流,。當驅動器輸出電壓為低時,電流來自VTT電源,。然而,,當驅動器為高電平時,電流流入電源,。最后,,電源還需要在系統(tǒng)數據變化時在各模式之間轉換,且必須提供低源阻抗,,直到接近系統(tǒng)的時鐘速率,。

  根據端接電阻、時鐘頻率和系統(tǒng)電容,,確定峰值功耗相對容易,。估算平均功耗要更困難一點,它可以比1/10峰值功耗低好幾倍,。由于系統(tǒng)為動態(tài)且沒有真正固定不變的時鐘率,,并非每個周期都對數據計時,而且會有一些三態(tài)的器件,,因此您需要考慮所有這些因素,。

  平均電流是驗證系統(tǒng)測量的一個重要數值,因為它對確定正確的電源拓撲很重要,。例如,,您可能會在開關式電源低功耗和線性穩(wěn)壓器的低成本和小體積之間進行權衡。表1顯示了開關式電源和線性穩(wěn)壓器在組件數目,、面積要求,、功耗和成本等方面的對比情況。該表適用于可輸出3安峰值電流的一些穩(wěn)壓器,。有趣的是,,如果峰值電流一直存在的話,就很難處理高功耗,。建立DC電流將有助于做出正確的選擇,。很明顯,從各個方面來看,,線性穩(wěn)壓器都是更佳的選擇,。

 

  表1 線性方法體積更小,、成本更低但不如開關式電源高效。

  線性方法體積更小,、成本更低但不如開關式電源高效

 

  DDR電源面臨的一個巨大挑戰(zhàn)是在高瞬態(tài)負載極端情況下如何控制輸出電壓,。如表1所示,線性方法擁有比開關方法更寬的控制帶寬,。因此,,它使用更小的電容器來控制輸出阻抗。例如,,3安負載下要將輸出控制在40mV以內,,交叉頻率的輸出阻抗需要小于0.013 Ohms,相當于約10 uF電容,。50kHz下線性控制環(huán)路關閉的開關式電源使用200uF的電容,,從而帶來更多的成本和電路板面積。

  總之,,DDR內存通過同時對時鐘兩個沿的數據計時提高了系統(tǒng)速度,,帶來更高的數據傳輸速度,。由于是高頻運行,,要求使用端接電阻器來降低電壓反射。通過將一端同一半電源電壓的電壓連接,,可以最小化端接的損耗,。這種電源需要能夠輸出或者汲取電流,同時還必須具有高交叉頻率,,來最小化電容器要求,。如果升高的功耗在可接受范圍以內,則端接電源的線性穩(wěn)壓器方法可以節(jié)省成本和減小體積,。

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