输出驱动器校准

背景

要在 DRAM 设备和内存控制器之间高速传输数据，需要精心设计 I/O 驱动器，以确保达能到所需的电气信令级别。工序、电压及温度的变化能够改变输出驱动器电路的电气特性，从而导致与所需的信令水平不符。另外，其他系统元件的变化也会影响信令水平，如线路阻抗、参考电压 (Vref) 和终结器电压 (Vterm)。

为了解决这些问题，Rambus 率先在内存系统中使用“输出驱动器校准”，提高了通信速度并为各种运行条件提供更高的可靠性。

以下图解说明了工序、电压和温度的变化如何导致数据眼的减少。数据眼揭示的是信令环境质量的特征，如时序和电压余量。稳固的信令依赖于拥有宽（良好的时序余量）且高（良好的电压余量）的数据眼。

输出驱动器是专门设计用于驱动高低电压水平之间的信号，在之前的图解中显示为 V_oh 和 V_ol。工序、电压、温度的变化及其他因素能够使输出驱动器超过和/或低于所需的电压水平，从而导致影响信号完整性的余量减少。由于有效数据的时间窗口（数据眼的宽度）变小，因此时序余量减少会限制最大信令速度。电压余量减少时，会需要更大的 I/O 电压摆幅以确保精确的数据传输，但这种更大的摆幅又会导致 I/O 功率增加，并会提高系统串扰的灵敏度。为了提高信令速率并降低 I/0 功率，必须管理输出驱动器的过高和过低。

Rambus 解决方案

输出驱动器校准通过使用可调整的输出驱动器强度来弥补工序、电压和温度变化，从而建立并保持最佳的信令水平。在正常的运行中校准输出驱动器，会调整驱动器强度以响应系统使用时会发生波动的电压和温度的更改。

输出驱动器校准使用提供给输出驱动器电路的反馈来调整输出驱动器电路的输出阻抗，从而控制电路驱动器强度以实现最佳的信号性能。驱动器的输出阻抗将与放置在设备外的参考电阻器 RZQ 进行比较。然后，校准输出阻抗，使之与参考精密电阻器相等或成比例。

以上电路显示了如何配置输出驱动器校准电路。顶部电阻器阵列的电压降取决于与这些电阻器串联的晶体管各自的状态，以及线路上 RZQ 电阻的值。晶体管阵列中晶体管的状态分别受控于“驱动器强度寄存器”，并且将 V_term 值设为与 V_ref 相等。参考电压，V_ref，代表所需的输出信号水平。当 V_term = V_ref 的条件达到时，将为驱动器优化网络分割器顶端的阻抗。用于配置晶体管阵列的值可储存在寄存器中，以便在需要时更新。

上图显示了输出驱动器校准对传输线路过高和过低级别的影响。降低过高和过低使电压和时序余量增加。

参考电阻器 RZQ 和部分输出驱动器校准电路还可用于片上终结器 ODT 校准。

何种领域受益？

输出驱动器校准使以下领域受益：

输出驱动器校准通过允许 DRAM 输出驱动器自动补偿工序变化，使这些设备能更轻松地符合测试规格，从而提高 DRAM 产量。

输出驱动器校准允许机板设计商补偿由制造和组装过程引起的线路阻抗和终结器电压变化。另外，由于可调整的输出驱动器强度可以补偿某些组件的制造容差，因此可以放宽组件测试规格。输出驱动器校准还可以产生更加稳固的信令，从而获得更高的通信速度。

输出驱动器校准使系统集成商可以使用一个 DRAM 满足使用不同线路阻抗并在不同环境中运行的多个设计的需求。输出驱动器校准还可以增加电压和时序余量，从而使系统在各种运行条件下拥有更高的可靠性。另外，可调整的驱动器强度能够帮助补偿温度变化，使系统集成商可以更有效地管理其系统功率和热量预算，从而降低整体系统成本。