雙倍速率 (DDR) SDRAM (JEDEC 標準JESD79 和 JESD8-9 [1])是一種新型的 SDRAM (單個數據隨機存取記憶體) ，它具有優異的性能(數據存取速率為266MHz，而SDRAM是133MHz)、功耗低；與其它儲存技術相比，它的價格又很有競爭力，所以在桌上型電腦和可攜式電腦中的應用愈來愈多。與以前的SDRAM技術相比，這種存取速度很高的組件需要一種新的、更加複雜的電源管理方案。

本文將討論DDR-SDRAM記憶體對電源的要求，介紹在靜態、暫態以及在待機狀態時對電源的要求，並討論了其它的功率管理方案。此外，本文也介紹了用於DDR-SDRAM記憶體的電源管理技術的發展趨勢。

DDR記憶體的電源管理的結構

《圖一　用於DDR記憶體的電源結構》

(圖一)所示是用於DDR記憶體的電源管理方案。在DDR記憶體中，輸出緩衝器是一個推挽電路，而輸入接收電路是一個差動電路，它需要一個基準電壓作為偏置電壓 VREF，電壓數值為電源電壓VDDQ的一半，因而在輸入端需要有一個能夠供給並且吸收電流的終端電源。這是它與PC主機板上其它匯流排終端電源的不同之處。特別是用於把CPU連接到記憶體控制中心(MCH)之類的前端系統匯流排(FSB)的終端器，它只需要能夠吸收電流，因為它只針對正電源線的終端。所以，這種DDR的VTT終端電源不能夠使用以前的VTT終端電源，因而需要設計新的電源。

在DDR記憶體中，邏輯閘的電源電壓是2.5V。如圖一所示，在晶片組的輸出緩衝器與存儲模塊上相應的輸入接收電路之間，可以看到有一根連接線，需要使用合適的終端電阻器RT 和 RS。當所有的阻抗，包括輸出緩衝器阻抗，都考慮在內時[2]，每根終端線吸收或者送出去 ±16.2mA的電流(根據新提出的 JEDEC修正版，這個數字略高於以前根據2000年6月的JESD79修訂版的數字±15.2mA)。

如果系統中的發送電路與接收電路之間的連接線比較長，可能需要在連接線的兩端都使用終端電阻，電流也就增大一倍。

DDR邏輯電路需要的VDDQ為2.5V，電壓的精度為 ±200mV。由於存在雜訊，需要留有一定的餘量，為此，要求DDR記憶體的終端線路的電源電壓VTT跟隨V DDQ ，它必須等於V DDQ/2，也就是大約為1.25V，精度為 ±3%。最後，基準電壓VREF必須等於VTT，準確到+40mV。我們要求VTT跟隨V DDQ，加上要求VTT能夠吸收和供給電流，這些要求對用於DDR記憶體的電源提出了獨特的挑戰。

吸收電流的最壞情況

VTT終端電源

假設一個存儲容量為128MB的記憶體參數為：

● 匯流排寬度：128位

● 資料控制位元：8

● 遮罩位元：8

● VCC位元：8

● 地址線：40 (兩組地址線，每組為20條)

以上總共是192條線。

每條線消耗電流16.2mA，那麼消耗的最大電流是192×16.2mA=3.11A。

VDDQ電源

在VTT吸收電流的階段，VDDQ供給電流。VDDQ的電流只有一個極性，最大數值等於VTT的最大值，即3.11A。

平均功耗

一個容量為128MB的存儲系統一般由8 ×128Mb器件組成，消耗的功率平均為990mW，其中不包括VTT電源[3]。那麼，從VDDQ 吸收的平均電流IDDQ為：IDDQ = PDDQ/VDDQ = 990mW/2.5V=0.396A。

同樣地，終端阻抗的平均功耗PTT為660mW [1]。從VTT 吸收的平均電流ITT為：ITT =PTT/ VTT=660mW/1.25V=0.528A。

最後，VREF的電流IREF選擇得相當大(＜5mA)，以便電源呈現很低的阻抗，使它具有很好的抗噪音能力。

簡而言之，一個128MB的DDR存儲器的電源管理系統的靜態參數為：VDDQ等於2.5V，它供給的IDDQ的平均值為0.396A，最大電流為3.11A；VTT 等於 VDDQ 的一半，即 1.25V， 它供給或吸收的平均電流ITT等於 0.528A、最大值是3.11A；VREF 等於 VDDQ 的一半，即 1.25V，IREF等於5mA。

除了為終端負載電阻供電外，如果VDDQ還為其它負載供電，它的容量還應當相應地加大。

暫態電壓

關於DDR記憶體的主要技術規範JEDEC JESD79及JESD8-9規定，電壓VTT必須等於電壓VDDQ的一半，精度為±3%。這個精度應當包括線路在傳送數據時，接在匯流排上的負載變化所引起的電壓暫態。然而，在評價用於VTT電源的電容器時有兩點是必不可少的，但在上述技術規範中並沒有提到。這就是IEDEC規範沒有講到VTT必須跟蹤VDDQ的頻帶寬度，也沒有規定負載變化引起VTT中的最大暫態電壓。

實際上，這些規範的本意是擴大雜訊的容許範圍。因此，技術規範並沒有強制規定VTT必須一直跟蹤VDDQ/2，VTT跟蹤VDDQ/2的頻帶越寬，系統的性能就越好。由於這一緣故，人們希望用寬頻帶的開關式轉換器來產生VTT。

對於VTT，負載的暫態變化可以想像是從+3.11A躍變為-3.11A，也就是從供給電流驟然變成吸收電流。這個電流階躍的幅度為6.22A，而容許電壓波動的範圍為40mV，這就要求輸出電容器的等效串聯電阻只有7mΩ。然而，從實際考慮，有兩個因素可以將這個要求略為放鬆一些。第一是，實際的DDR記憶體並不是真的吸收3.11A的電流，實際測量表明，吸收電流典型數值是在0.5A到1A的範圍。第二是，從吸收電流到供給電流的這個變化過程是很快的，它是如此之快，以致轉換器感覺不到這個變化。

從最大正電流變成最大負電流，也就是說，總線全部從“1”變成“0”，並且保持在這樣的狀態一段時間，這段時間等於轉換器頻帶寬度的倒數，它在10μs的數量級，而匯流排的工作速度為100MHz，那麼，這就是保持在這個狀態達1000個時鐘周期。實際上，用於VTT的電容器只要求等效串聯電阻為40mΩ。

待命狀態

DDR記憶體支持待命狀態。處在待命狀態時，記憶體所存儲的內容不變，但是其位址線為停止的。當筆記本電腦處於待命狀態時，就可以看到這樣的情形。在待命狀態，記憶體晶片不進行數據交換，所以VTT匯流排電源可以關掉以節省電能。當然，VDDQ必須保留，以便存儲器保存其中的數據。

用線性穩壓器還是開關穩壓器？

前面講過，DDR存儲系統的平均功耗是PDDQ = 990mW、PTT = 660mW。總共是PTOTDDR = 990 mW + 660 mW = 1650mW。而類似的SRAM存儲系統消耗的功率是2040mW[3]。

如果用線性穩壓器作為VTT電源，那麼PTT電源效率為50 %，這是因為比值Vout/Vin = VTT/VDDQ = 0.5。這表示，在VTT穩壓器中多損耗了660mW的功率，於是平均總功耗增加到1650 + 660 =2310mW。這個數字超出了SDRAM的功耗。這就把DDR存儲器的優點一掃而空，而DDR存儲器的優點正在於它的功耗低。

就PDDQ而言，功耗低的優點主要是因為VDDQ僅僅2.5V，而普通的SDRAM是用3.3V。然而，在典型的PC環境中，已經有3.3V電源，但是沒有2.5V電源，需要在主機板上產生2.5V電源。所以，除非是用一個高效率的穩壓器來形成VDDQ，我們又會失去DDR存儲器的功耗低的優點。

所以，人們願意使用開關穩壓器作為DDR存儲系統的VDDQ和VTT電源。

將來的發展趨勢

在今後幾個月中，很大部分桌上型電腦將開始使用DDR記憶體，緊接著是筆記型電腦。用戶需要記憶體的容量越來越大，這是因為應用軟體愈來愈大。這是多年來的發展趨勢。現在使用Intel微處理器及其它微處理器的主機板系統，已經有大量的DDR記憶體，有一些系統中的DDR容量高達16GB。為這種記憶體供電，對DDR記憶體的低功耗的要求仍嫌不夠低。正是因為這個緣故，人們在在制定DDR-II存儲器的技術規範。它將在2至3年內面世。看來DDR-II記憶體的VDDQ電壓將來會降低到1.8V，而VTT及VREF則下降到900mV。

(作者任職於快捷半導體)

＜參考文獻

[1] JEDEC STANDARD JESD79, June 2000 and JESD8-9 of Sep.1998.

[2] DDR SDRAM Signaling Design Notes; Micro Linear and Micron Technology; April 1999.

[3] DDR DRAMS Pare Down Power for Laptop, Ling Ling Wang and Philip Leung of Acer Labs; Farhad Tabrizi of Hyunday Micro Electronics; July 2000; Portable Design.＞