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在DDR技術(shù)的演進(jìn)過程中，ODT（On-Die Termination）和OCD（Off-Chip Driver Calibration）成為了確保信號完整性和提升數(shù)據(jù)傳輸效率的關(guān)鍵技術(shù)。ODT通過在內(nèi)存芯片內(nèi)部實現(xiàn)阻抗匹配，有效減少了信號反射和干擾，而OCD則通過動態(tài)調(diào)整輸出驅(qū)動強(qiáng)度，優(yōu)化了信號的穩(wěn)定性和傳輸質(zhì)量。本文將基于DDR3深入探討這兩種技術(shù)的工作原理、應(yīng)用場景及其對DDR性能的提升作用。

一、ODT（On-Die Termination）& ZQ Calibration

1). 什么是ODT

ODT（On-Die Termination） 是一種在DDR3 SDRAM芯片內(nèi)部集成的終端電阻技術(shù)。它用于減少信號反射和提高信號完整性，從而確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托阅堋?/span>

在DDR內(nèi)存架構(gòu)中，一個內(nèi)存通道可以連接多個Rank，這些Rank共享數(shù)據(jù)線和地址線。數(shù)據(jù)信號會順序傳遞至每個Rank，而在信號鏈路的末端，由于信號反射，可能會對原始信號造成影響。信號反射會導(dǎo)致信號失真，增加噪聲，甚至可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤。

為了減少這種影響，需要在鏈路末端添加終端電阻以吸收反射波。在早期的DDR技術(shù)中，這些終端電阻通常被放置在PCB板上，但由于多種因素，其效果并不理想。因此，在DDR2技術(shù)中，終端電阻被集成到了DDR顆粒內(nèi)部，這種技術(shù)被稱為On-Die Termination（ODT）。ODT指的是在硅芯片，即DDR顆粒內(nèi)部的終端電阻。

ODT技術(shù)的主要目的是確保DQS、RDQS、DQ和DM信號在終端電阻處得到充分衰減，避免這些信號在電路中產(chǎn)生反射，從而增強(qiáng)信號的完整性。根據(jù)JESD標(biāo)準(zhǔn)描述，ODT功能旨在通過允許DRAM控制器獨立地為任意數(shù)量的DRAM設(shè)備開啟或關(guān)閉終端電阻，來提升內(nèi)存通道的信號完整性。這一特性不僅優(yōu)化了信號傳輸，還降低了PCB設(shè)計的復(fù)雜性，減少了IO功耗，并提高了系統(tǒng)的整體性能。

ODT特性在自刷新模式下被關(guān)閉且不受支持。

2）ZQ Calibration

ZQ校準(zhǔn)是DDR內(nèi)存系統(tǒng)中用于精確阻抗校準(zhǔn)的一項技術(shù)。它并不是一個固定的電阻值，而是一個校準(zhǔn)過程，其目的是在溫度和電壓變化的情況下，保持信號完整性和輸出信號的強(qiáng)度。

ZQ校準(zhǔn)通過使用一個外部的高精度電阻（ZQ引腳，通常是240Ω±1%）作為參考，來自動校驗數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動器導(dǎo)通電阻與ODT（On-Die Termination）的終結(jié)電阻值。

過程:

內(nèi)存芯片通過ZQ引腳測量外部標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻抗。
內(nèi)部校準(zhǔn)電路調(diào)整輸出驅(qū)動器的阻抗，使其與外部標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻抗匹配。
校準(zhǔn)完成后，內(nèi)存芯片內(nèi)部的阻抗設(shè)置將被保存，以供后續(xù)操作使用。

校準(zhǔn)類型:

ZQCL (ZQ Calibration Long): 長校準(zhǔn)操作，通常在上電初始化或系統(tǒng)復(fù)位后進(jìn)行，持續(xù)時間較長，確保阻抗匹配的準(zhǔn)確性。
ZQCS (ZQ Calibration Short): 短校準(zhǔn)操作，通常在系統(tǒng)運(yùn)行過程中定期進(jìn)行，持續(xù)時間較短，用于快速校準(zhǔn)阻抗變化。

ZQ校準(zhǔn)與ODT有直接的關(guān)聯(lián)。ODT是DDR3及更高版本中引入的功能，它通過在DRAM芯片內(nèi)部提供適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ鋪頊p少信號反射，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。然而，內(nèi)部電阻會因為制程、溫度、電壓（PTV）的變化而有所偏差，這就需要ZQ校準(zhǔn)來調(diào)整，以確保ODT的阻抗能夠適應(yīng)這些變化，維持信號完整性。

在DDR3中，ZQ校準(zhǔn)同時應(yīng)用于輸出驅(qū)動器和ODT。每個DRAM的ZQ引腳連接到一個外部精密的240Ω電阻，這個電阻可以在不同的設(shè)備之間共享。ZQ校準(zhǔn)通過片上校準(zhǔn)引擎（On-Die Calibration Engine, ODCE）來自動進(jìn)行，確保輸出阻抗與ODT的終結(jié)電阻值正確設(shè)置，以適應(yīng)環(huán)境變化，保持最優(yōu)化的通信效果。校準(zhǔn)后的ODT值可以顯著減少不必要的信號反射，同時由于增加了電阻負(fù)載，信號擺幅的衰減也很小，由此產(chǎn)生的更純凈的數(shù)據(jù)信號可實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

3). Nominal ODT & Dynamic ODT

ODT的配置值稱為Rtt，由DDR初始化過程的MR模式寄存器配置決定。DDR3中，ODT的配置模式有兩種，分為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)ODT(Nominal ODT)和動態(tài)ODT(Dynamic ODT)。

標(biāo)準(zhǔn)ODT（Nominal ODT）

定義：標(biāo)準(zhǔn)ODT的配置值稱為Rtt_nom，它是DDR3內(nèi)存模塊在正常工作狀態(tài)下的默認(rèn)ODT設(shè)置。
控制方式：在標(biāo)準(zhǔn)ODT模式下，ODT的開關(guān)狀態(tài)由內(nèi)存控制器通過ODT管腳信號控制?？刂破靼l(fā)送高電平信號以打開ODT。這是一種靜態(tài)配置。
配置：Rtt_nom的值由模式寄存器1（MR1）中的M9、M6、M2位決定。這些位的組合決定了ODT的阻抗值。
阻抗值選擇：在寫操作過程中，如果使用Rtt_nom，那么只有RZQ/2、RZQ/4、RZQ/6三個阻抗值可以選擇。這里的RZQ指的是DDR總線的特征阻抗。
應(yīng)用場景：適用于對信號完整性要求較高且不需要頻繁調(diào)整終端電阻的應(yīng)用。適用于簡單的系統(tǒng)設(shè)計，不需要復(fù)雜的動態(tài)控制邏輯。

動態(tài)ODT（Dynamic ODT）

定義：動態(tài)ODT允許DDR內(nèi)存模塊在不需要發(fā)送模式寄存器設(shè)置（MRS）指令的情況下，根據(jù)當(dāng)前的工作條件動態(tài)調(diào)整ODT的配置值。
配置值：動態(tài)ODT的配置值稱為Rtt_wr，這個值在模式寄存器2（MR2）中配置。
工作方式：當(dāng)動態(tài)ODT功能被使能后，DDR內(nèi)存模塊可以在接收到寫命令時，在Rtt_nom和Rtt_wr之間動態(tài)切換ODT值。這種動態(tài)調(diào)整有助于優(yōu)化不同工作條件下的信號完整性。
優(yōu)勢：動態(tài)ODT可以根據(jù)數(shù)據(jù)模式、頻率或溫度的變化而動態(tài)變化，從而提供更好的信號完整性和系統(tǒng)性能。
應(yīng)用場景：適用于對信號完整性和功耗優(yōu)化要求較高的復(fù)雜系統(tǒng)。適用于需要頻繁調(diào)整終端電阻狀態(tài)以適應(yīng)不同操作類型的高性能應(yīng)用。

二、OCD（On-Chip Driver）

1）什么是OCD

OCD（Off-Chip Driver）是DDR-II開始引入的一項技術(shù)，OCD功能在DDR-II中是可選的，它主要用于調(diào)整I/O接口端的電壓，以補(bǔ)償上拉與下拉電阻值，從而調(diào)整DQS（數(shù)據(jù)選通信號）與DQ（數(shù)據(jù)信號）之間的同步，確保信號的完整與可靠性。OCD的主要作用在于減少DQ和DQS之間的傾斜，提高信號的完整性和控制電壓來提高信號品質(zhì)。

在OCD的調(diào)校過程中，會分別測試DQS高電平和DQ高電平，以及DQS低電平和DQ高電平的同步情況。如果不滿足要求，則通過設(shè)定突發(fā)長度的地址線來傳送上拉/下拉電阻等級（加一檔或減一檔），直到測試合格才退出OCD操作。

OCD技術(shù)在普通臺式機(jī)上可能并沒有什么作用，因為一般情況下對應(yīng)用環(huán)境穩(wěn)定程度要求并不太高。但是，它的優(yōu)點主要體現(xiàn)在對數(shù)據(jù)完整性非常敏感的服務(wù)器等高端產(chǎn)品領(lǐng)域。在這些高端應(yīng)用中，OCD能夠確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，尤其是在高速數(shù)據(jù)傳輸和復(fù)雜的工作環(huán)境中。

2) OCD校準(zhǔn)過程

(1)初始化:

描述: 在DDR3 SDRAM初始化過程中，內(nèi)存控制器發(fā)送OCD校準(zhǔn)命令，啟動校準(zhǔn)過程。

命令格式: 通過模式寄存器設(shè)置（MRS）命令來啟動OCD校準(zhǔn)。

地址線: 設(shè)置特定的地址線以選擇OCD校準(zhǔn)模式。

(2)讀取校準(zhǔn)數(shù)據(jù):

描述: 內(nèi)存芯片內(nèi)部的校準(zhǔn)電路開始讀取和分析校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

過程: 內(nèi)存芯片通過內(nèi)部的延遲鏈路和比較器，測量和調(diào)整各個信號的延遲。

(3)調(diào)整內(nèi)部延遲:

描述: 根據(jù)讀取的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，內(nèi)存芯片調(diào)整內(nèi)部延遲，以確保數(shù)據(jù)和控制信號在正確的時間到達(dá)目標(biāo)位置。

過程: 內(nèi)存芯片內(nèi)部的延遲單元（Delay Elements）會被動態(tài)調(diào)整，以優(yōu)化信號時序。

(4)存儲校準(zhǔn)結(jié)果:

描述: 調(diào)整后的延遲值被存儲在OCR中，以便在后續(xù)操作中使用。

過程: 內(nèi)存控制器可以通過讀取OCR來獲取校準(zhǔn)結(jié)果，并根據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整。

(5)驗證校準(zhǔn)結(jié)果:

描述: 內(nèi)存控制器驗證校準(zhǔn)結(jié)果，確保信號時序符合要求。

過程: 內(nèi)存控制器可以通過發(fā)送測試命令和讀取響應(yīng)來驗證校準(zhǔn)結(jié)果。

3) OCD校準(zhǔn)類型

OCD Write Calibration:

描述: 用于校準(zhǔn)寫入操作的信號時序。

過程: 內(nèi)存控制器發(fā)送OCD Write校準(zhǔn)命令，內(nèi)存芯片調(diào)整寫入路徑的內(nèi)部延遲，以確保寫入數(shù)據(jù)在正確的時間到達(dá)內(nèi)存芯片。

OCD Read Calibration:

描述: 用于校準(zhǔn)讀取操作的信號時序。

過程: 內(nèi)存控制器發(fā)送OCD Read校準(zhǔn)命令，內(nèi)存芯片調(diào)整讀取路徑的內(nèi)部延遲，以確保讀取數(shù)據(jù)在正確的時間到達(dá)內(nèi)存控制器。

4) OCD校準(zhǔn)的好處

減少DQ和DQS之間的傾斜：OCD技術(shù)通過調(diào)整I/O接口端的電壓，來補(bǔ)償上拉與下拉電阻值，從而調(diào)整DQS（數(shù)據(jù)選通信號）與DQ（數(shù)據(jù)信號）之間的同步。這有助于減少DQ和DQS之間的傾斜，提高信號的完整性及控制電壓來提高信號品質(zhì)。

優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸：OCD技術(shù)允許在數(shù)據(jù)傳輸過程中動態(tài)調(diào)整輸出驅(qū)動器的特性，以適應(yīng)不同的工作條件和環(huán)境變化，從而優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋?/span>

減少信號失真和干擾：通過精確控制輸出驅(qū)動器的特性，OCD有助于減少信號在傳輸過程中的失真和干擾，提高信號的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。