DDR3基本概念 - Write leveling（写入均衡）

最新推荐文章于 2025-09-12 15:06:50 发布

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原文链接：https://blog.youkuaiyun.com/tbzj_2000/article/details/88304245

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本文详细介绍了DDR3中Write Leveling技术的工作原理及其在不同布线方式下的应用。包括如何通过调整DQS信号相对于CLK信号的位置实现信号完整性优化，以及在fly-by布线结构中的必要性和具体实施步骤。

原文链接：https://blog.youkuaiyun.com/tbzj_2000/article/details/88304245

为了提供更好的信号完整性，DDR3的memory controller可以使用write leveling来调整DQS差分对和CK差分对的相对位置，利用DQS差分对路径上的可调整延时来达成该目的。

对于简单的运用，比如on-board DDR memory，并且仅有一颗DDR内存的情况下可以考虑不需要做write leveling。

T型布线，如下图。该布线方式同步切换噪声（Simultaneous Switching Noise）较大。
在这里插入图片描述
所谓的fly-by 布线，指地址、命令和时钟的布线依次经过每一颗DDR memory芯片（即每一颗芯片共用了这些信号，在Lattice DDR SDRAM controller IP配置时，则ClockWidth要求设置为1）。而dq和dqs作了点到点的连接。因此，dq dqs 到每一个DDR颗粒与clk不等长。VTT表示这些信号都接了ODT端接电阻。fly-by 结构相对于T布线，有助于降低同步切换噪声（Simultaneous Switching Noise）。
在这里插入图片描述

Write Leveling的功能是调整DRAM颗粒端DQS信号和CLK信号边沿对齐；调节过程描述：DDR控制器不停地调整DQS信号相对于CLK的延迟，DRAM芯片在每个DQS上升沿采样CLK管脚上的时钟信号，如果采样值一直低，则会将所有的DQ[n]保持为低电平来告知DDR控制器，tDQSS（DQS, DQS# rising edge to CK, CK# rising edge，在标准中要求为+/-0.25 tCK。tCK为CLK时钟周期）相位关系还未满足，如果发现在某个DQS上升沿，采样到此时的CLK电平发现了迁越（由之前的低跳变为高），则认为此时DQS和CLK已经满足tDQSS，同时通过DQ[n]向DDR控制器发送一个高，表征一个写均衡成功，同时DDR控制器会锁住这个相位差。这样，在每个DRAM端，看到的CLK和DQS信号都是边沿对齐的。
在这里插入图片描述
参考DDR3标准的写入均衡的4.8.2 procedure description一节和上图，写入均衡的修调过程：

t1：将ODT拉起，使能on die termination；
t2：等待tWLDQSEN时间后（保证DQS管脚上的ODT已设置好），DDR控制器将DQS置起；DDR memory在DQS上升沿采样CK信号，发现CK=0，则DQ保持为0。
t3：DDR控制器将DQS置起；DDR memory在DQS上升沿采样CK信号，发现CK=0，则DQ仍然保持为0。
t4：DDR控制器将DQS置起；DDR memory在DQS上升沿采样CK信号，发现CK=1，则等待一段时间后，DDR memory将dq信号置起。

采取以上策略的原因：对于DDR controller来说，其无法测定clk边沿和dqs边沿的绝对位置，故采用了不断调整dqs delay，在dqs上升沿判断clk从0到1或1到0的一个变化，一旦检测到变化，则写入均衡停止。

DDR3标准的Figure 17 write leveling concept图不太好理解，以下进行说明。

从1中的两个信号diff_DQS和DQ，可以看到 diff_DQS的上升沿采到的CK值都是0；
将diff_DQS加延时，直到如2 中所示diff_DQS的上升沿采到的CK值都是1，进而DQ输出从0到1，完成写入均衡（write leveling）。
注意：在DDR3的标准文档中，在同一个时序图中经常性看到有多个相同信号名，但波形不同的情况，需要结合上下文分析波形。
在这里插入图片描述
布线要求：
只有使用了fly-by的情况下需使能write leveling
CPU内部的内存控制器只能对DQS信号做延迟，不能做超前处理，所以CK要大于DQS信号线的长度，否则将不能满足tDQSS

实战说明：
对于Lattice VIP board，两块DDR芯片的布线使用了fly-by布线，故需使能Write leveling。即在Clarity designer的DDR3 SRAM controller的配置窗口的Type页面，将Write leveling钩选上。
将MR1寄存器的A7设置为1进入write leveling模式，然后在检测到DQ上有0到1的跳变后，说明已结束，则设置A7为0退出该模式。