SDRAM的深入理解

我了解事物喜欢从底层根本去了解，而不是你说什么我照做就行了，我会形成一些探寻究竟的念头，也会产生很多疑问。

讨论之前当然要先看过某厂的datasheet，我看的是Micron。

按上面说，terminate和precharge都能掐断burst读或写。我也是第一次用Sdram，根据我做的项目数据流特点，我一上来就只选用了full-page模式。因为full-page读写不带auto-precharge，而且要用户自己来终止，比较了一下，对于full- page而言，用terminate显得直接方便（时序清晰明了），而precharge和时间有关（不单单是时钟周期的个数关系），datasheet 的时序图中有一张是full-page write，用的也是terminate，所以就选用了terminate。

结果实验下来，写入的数据一个也没读出来，全是FF。心理没谱了。揣摸了几天，猜想问题在precharge上，尝试在terminate后面加上 precharge，实验就成功了！原来尽管terminate和precharge都能终止页爆发，但terminate只是单纯的终止，不能完全代替 precharge，用了terminate后还要跟上precharge才行。资料上时序图恰好在页模式时只画了terminate，没跟上 precharge，在文字讲解页模式写的时候光说都能终止，也没强调还要precharge。

导致误会的根本原因是这份datasheet只是应用方面的说教，而不是sdram原理的详细描述。但SDRAM原理的详细讲解到现在也没找着，看到的资料都是外文翻译过来后互相抄的！千篇一律！比如precharge，从字面看是“预充电”，可资料上的解释都是“Deactivate row in bank or banks”及其中文翻译。后来在论坛上也看到新手们在问：precharge和refresh到底都作了什么，有什么区别？

我根据存动态内存存储单元的基本原理

某些电路相当于“口线供能电容”，此电容容量远比数据存储电容大，用于给口线的读写驱动提供能量，器件数据位宽是几位就只需要几乘以4个（4来源于有4个banks）。下面就来自圆其说：

初始化按照要求就先precharge了，以后每次读写之前都要active。active做两件事，既选通了相关行，又将驱动的能源准备好。当具体读写时，就选通列，给数据电容充电或放电。1个爆发读写完成后，就拨回precharge，给“供能电容”补足电能。因为“供能电容”在 active时要被消耗能量并且也存在自漏电问题，所以有了资料上的（active to precharge command）tRAS<120微秒的要求。而拨回precharge时，“供能电容”是一直接着电源的，所以资料上就没有（precharge to active command）的要求了。因为“供能电容”比较大，从硬件设计角度出发充电电流不能做太大，所以tWR和tRP就相对要长。真正的顺序是 precharge-〉active-〉读写-〉终止，因为tRP较长，所以初始化时先precharge，并且每次读写完后马上precharge，以便下次读写时只需active以提高响应速度，反正放在那precharge又不影响什么。这就是precharge（预充电）的真正含义所在！至于何必这么麻烦要“供能电容”倒一手，可能是因为数据单元太脆弱，经不起电源直接冲击或干扰，呵呵。而且根据动态内存原理，数据线复用，反正必须先active 选通行，顺便再附加个供能功能；而爆发需要终止，特别是页模式更不会自动终止，那么就将“终止”和“预充电”合并到“precharge”，设计人员真会动脑筋。而资料只管说终止功能，没提预充电的作用，反正时序是通的。

 

想出所谓“供能电容”的还有个原因是：有两个和时钟无关的长时间参数，刷新周期64ms，tRAS 120微秒，不都是电容漏电的体现吗。所以内存可以降频使用，但不能太低，以至于64ms内你只能完成4096次刷新，别的什么都没时间干；或者tRAS 期间你连1次读写或写都完不成。

 

至于refresh，就是1次先读后写的过程，用于保持数据电容的电位。如果在自己的系统中，特别是数据采集系统，1组数据流在64ms内完成了先写入sdram暂存后读入主机，并且sdram中的数据就不再需要了，整个过程不需要插入任何刷新命令。延伸开来，可以做出很适合你的最简单的sdram 控制器。做个基本的SDRAM控制器很简单，关键是要根据你的系统特点合理安排好读、写、刷新等操作。

 

以上是我这几天的心得，希望没有误导大家继续推测：在“auto refresh”命令执行的末端隐含了“precharge”，所以资料上要求“auto refresh”前要保证已经“precharge”，而“auto refresh”却可以放在一起连续发出，“auto refresh”之后却直接可以“active”而不再需要“precharge”。还可能在“auto refresh”命令执行的前端隐含了“active”，行地址由刷新寄存器自动计数并加1。“auto refresh”就是对某行所有列同时 “active”“read”“write”“precharge”，正好7个周期。器件共有4096行，所以要求在64ms内刷新4096次，4个 banks是并行同时操作的，所以资料显示耗电高峰发生在自动刷新期间。实际上read已经隐含了write，就是一次完整的读或自动刷新操作的第5个周期，时序正好吻合。不同的是自动刷新的第5个周期不需对外在DQ上输出。

充电放在前面叫charge，放在后面是为下一次操作提前做好准备就叫precharge，以前面分析prechage能提高断续操作的响应速度，所以最终设计就采用了“precharge” 如果对我说的都很清楚，那么操作内存应该是游刃有余了

打电话问了Micron的技术人员，模式寄存器的内容在掉电前始终有效，中途更改无需再等待120us，但建议稍等一下，具体多少没说。这些内容如果是试验出来的也不敢肯定就一定正确，必须打电话问。

打电话问了Micron的技术人员，模式寄存器的内容在掉电前始终有效，中途更改无需再等待120us，但建议稍等一下，具体多少没说。这些内容如果是试验出来的也不敢肯定就一定正确，必须打电话问。 active 和 precharge 是互为反向的信号；其实可能就是同一信号，管子一个是N沟道另一个是P沟道而已。

 

Q1负责读放大，Q2负责写，不需要专用控制信号，自反馈。这样每个单元只要4个管子！

 

选通行地址就实现了读放大和自刷新，当列地址也选通就实现了对数据线的输入输出。

 

AutoRefresh时专用计数器自加1并选通某行地址，所有列地址不选通。如果上图正确，那么读写某地址的数据时，同1页的其他数据单元都得到了刷新。

验证此推测的一个办法是：对某一行第1列写入某数据，等64ms或更长时间（期间不用任何刷新命令，只是反复去读/写同一行的第128列），再来读第1列，数据应该还在。

以上推断都建立在第1幅图的基础上，今看到两页IC设计的资料，发觉这幅图已是 陈旧的“单管动态存储电路”，但现在国内大部分教案和资料用的都是它！！！东南大学的电子教案用它讲解DRAM地址复用的内容甚至是错误的！！！误人子弟

 

稍后我把现在SDRAM的单元及推导的阵列画给大家。这个单元资料上给的是0.35微米的IC设计版图，那就是真正的电路了。

 

我前面的推导不是真实的电路形式，但我自认为还是蛮合逻辑的但所说的试验可能会失败，因为真的读放大电路不在存储单元中。问题:

 

按照datasheet定义的命令真值表:

 

--------------------------/CS ---/RAS---/CAS---/WE

 

PRECHARGE--------L ------- L  -------H -------L

 

REFRESH-------------L --------L -------- L -------H

 

那么好象是PRECHARGE是对每个行"写"入数据?

 

REFRESH则通过内部计数器进行逐行刷新? turkyrun： ras cas we 应该是复用的，不然加载模式时全低又怎么解释呢，8种状态全用完了

sunnybird：因为datasheet是介绍器件的，而不是理论教材。

另：我的项目搞定了，说明对SDRAM的理解是对的，我降频在48MHz使用。

以下三张图是资料提供的，第4张图是我自己推导的： SDRAM 的IC设计版图：

此主题相关图片如下：

注意：现在的SDRAM设计，存储电容另一端的参考电平是二分之一Vcc wordline理解为字线，digiline(bitline)理解为位线

此主题相关图片如下：

此主题相关图片如下：

　　以现在的0.35um工艺，存储电容大约有300fF(1pF=1000fF)。现在的单颗芯片的容量越来越大，分到每个存储电容的芯片面积越来越小，电容容量也越来越小。这么小的电容存储的电量远不足以去开关mos管（因不了解芯片制造工艺，所以我有上面第12楼那不切实际的推导），采用的办法是用两个电容，一个正相存储，一个反相存储，这也是参考电压选vcc/2的原因；要读出数据时，用的是运放差分放大，一个电容搭在正相端，另一个搭在反相端，这样就把微弱的电量读出来了；而且由于电容电量实在太小，在向运放正反相端充放电时就几乎把电耗尽，也就是把自身的数据破坏了。　　那么 precharge的任务之一就是将位线及运放正反向端搭在参考电位(Vcc/2)上，active时脱离此参考电位。