电源管理IC是DDR SDRAM存储器的理想选择

与其它存储器技术相比，DDRSDRAM具有出众性能、很低的功耗以及更具竞争力的成本。可与以前的SDRAM技术相比，DDRx存储器需要一个更复杂的电源管理新架构。本文探讨了DDR电源管理架构的理想选择。

与其它存储器技术相比，DDRSDRAM具有出众性能、很低的功耗以及更具竞争力的成本，目前已普遍应用在桌面电脑和便携计算应用中。

最初，DDR的数据传输速率只有266MBps，而普通SDRAM的速率只有133MBps。随后，DDR数据传输速率增加400MBps。第二代DDR，即2004年初登场的DDR2，将数据速率从400MBps提高到667MBps，而同时还进一步降低了功耗。

目前，第一代DDR仍在存储器市场中占主流地位，但DDR2正在快速地抢得市场份额，并可望在2005年底两者的市场份额将出现转折点。但不论DDR内存多么受欢迎，与以前的SDRAM技术相比，DDRx存储器需要一个更复杂的电源管理新架构。

DDR电源管理架构图1给出了第一代DDR存储器的基本电源管理架构。在DDR存储器中，输出缓冲器是推挽级，而输入吸收器是差动级，这就需要一个参考电压的偏置中点VREF，从而需要一个能提供和吸收电流的输入电压终端。



最新的特性(提供和吸收电流)使DDRVTT终端与PC主板上的其它终端有所不同。在连接CPU和存储器通道集线器(MCH)的前端系统总线中，它们的差别特别值得注意。由于该终端接到正电压上，因而只要求具有吸收电流的能力，所以DDRVTT终端不能够重复利用或适应以前的VTT终端，而是需要新的电源设计。

第一代DDR存储器的逻辑门由2。5V电源供电。在芯片组任何输出缓冲器与存储器模块相应的输入吸收器之间，一般可以找到需要正确端接电阻RT和RS的一条走线或者走线分支(参见图1)。当考虑所有阻抗(包括输出缓冲器的阻抗)时，每个端接线都可吸收或提供±16。2mA的电流。对于发送器和吸收器之间走线比较长的系统，必须在走线两端端接电阻，以使电流增加一倍。

DDR逻辑所要求的2。5VVDDQ的误差为+200mV。为保持噪声容限，VTT必须以±3%的精度跟随VDDQ变化，且必须等于VDDQ/2，大约为1。25V，精度±3%。最终VREF必须与VTT相差+40mV。这些跟随要求以及VTT必须能够提供和吸收电流的要求，给DDR存储器的供电带来了独特挑战。

1 最坏情况下的电流消耗

VTT终端：假设128MB存储器系统有128位总线、8个数据选通、8个屏蔽位、8个VCC位、40条地址线(两组20条地址线)，则共有192个信号/电源线。每条线消耗电流16。2mA，则最大电流消耗为192×16。2mA=3。11A。

VDDQ电压峰值：VTT吸收电流时VDDQ供应电流，因此VDDQ的电流是单向的，因此其最大电流就等于VTT的最大电流3。11A。

平均功耗：一个128MB存储器模块一般由8个128Mb的器件组成，平均消耗990mW功率，除去VTT终端消耗的功率，IDDQ从VDDQ抽取的平均电流为IDDQ=PDDQ/VDDQ=990mW/2。5V=0。396A。

同样，终端电阻消耗的平均功率PTT为660mW，从VTT抽取的电流ITT为ITT=PTT/VTT=660mW/1。25V=0。528A。

最后，应选择足够大的VREF电流(IREF)，使VREF电源具有足够低的阻抗以提供良好的抗干扰性(小于5mA)。综上所述，128MBDDR存储器的主要静态设计参数如下：

VDDQ=2。5V；

IDDQ=0。396A(平均值)或者3。11A(峰值)(提供电流)；

VTT=VDDQ/2=1。25V；

ITT=0。528A(平均值)，3。11A峰值(提供和吸收电流)；

VREF=VDDQ/2=1。25V；

IREF=5mA。

当然，除了向终端负载供电外，如果VDDQ还向其它负载供电，则必须相应增大其容量。

2 瞬态工作模式

DDR存储器的官方文件JEDECJESD79andJESD8-9规定，VTT电压必须等于VDDQ电压的一半，且误差必须小于±3%。这个误差应该包括信号线转换引起的总线上的负载瞬变。但若要估计VTT电源所需的电容大小，还缺少两个必要参数。

JEDEC规范没有说明VTT跟随VDDQ变化紧密程度(两者的差别)，也没有规定VTT的最大负载瞬态。

实际上，该规范希望使噪声容限最大化，因此不强制VTT在所有时间都等于VDDQ的一半，两者差别越大，系统就越鲁棒。因此，产生VTT最好需要一个带宽较宽的开关转换器。

对于VTT负载瞬态，电流将从+3。11A阶跃到－3。11A，从提供电流转到吸收电流。这个具有40mV窗口的6。22A阶跃需要一个有效串联电阻(ESR)仅为7mΩ的输出电容，但从两个方面的实际考虑可以降低这个要求。

首先，实际的DDR存储器并不真正需要3。11A的电流，测量表明典型电流在0。5~1A范围内。

其次，吸收电流和提供电流两种状态的转变非常快，以致转换器检测不到过渡过程。为了从最大正向电流转到最大负向电流，要求总线从全1转到全0，然后在至少等于转换器翻转间隔的一段时间内，保持该状态不变。因为这个时间间隔为10μs数量级，总线的工作频率为100MHz，所以需要在全0状态保持1000个周期。这样，事实上VTT输出电容的ESR大约只需要40mΩ。

3 待机工作模式

DDR存储器支持待机工作模式。在这种模式下，存储器保持其内容而不再进行寻址访问，可在处于待机状态的笔记本电脑中看到这种工作模式。在待机模式下存储器芯片没有通讯活动，因此VTT电源可以关闭以节省电能。当然，VDDQ必须处于工作状态以使存储器保持其内容。

4 线性调节与开关调节

正如前面提到的，DDR系统的平均功率消耗为：PDDQ=990mW，PTT=660mW。总功耗为PTOTDDR=990mW+660mW=1650mW。比较而言，一个同等容量的DRAM系统消耗功率为2040mW。

如果为VTT端接一个线性调压器，根据VOUT/VIN=VTT/VDDQ=0。5，该PTT功率只有50%的使用效率，这样额外的660mW功率就消耗在VTT调压器上，从而使整个功率消耗上升到1650+660=2310mW。这个数值大于SDRAM存储器消耗的相应功率，这使DDR存储器的优点不复存在，而只有低功耗的虚名而已。

至于PDDQ的推出，相对于传统3。3V的电源，大多数电源优势来自于2。5V的VDDQ。但是在典型的PC环境中，电源提供3。3V电压，而不是2。5V电压，2。5V电压需要由主板来提供。另外，除非采用一个有效的调压机制来产生VDDQ，否则就会丧失低功耗的优势。因此开关调压将成为处理DDR存储器PDDQ和PTT功率的最佳选择。

在采用DDR2的情况下，VDDQ从2。5V下降到1。8V，VTT从1。25V下降到0。9V，吸收/提供电流的能力为±13。4mA，因此DDR2存储器所消耗的功率要比第一代DDR小很多。

例如，DDR2-533的功耗大约只有DDR400的一半。前面针对DDR所做的所有静态和动态分析也适用于DDR2。DDR2的终端设计与图1中所示的DDR的终端略微有些不同，它的终端电阻集成在存储器片上，而非布置在主板上，另外还需要一个外部VTT终端电压。由于DDR2的功耗很低，因此可以使用线性调压器，特别是当简洁和低成本比减小功耗更重要的应用中，更是如此。