Kalibrierung der On-Die-Terminierung (ODT, Terminierung auf dem Chip)

Zusammenfassung

Mit den steigenden Anforderungen an die Leistung digitaler Systeme steigen auch die Anforderungen an eine Signalintegrität, die einen zuverlässigen Betrieb bei höheren Signalübertragungsraten gewährleistet.

Die Terminierungen der Signalleitungen sind wichtige Elemente bei der Kontrolle der Signalintegrität. Signalleitungen können innerhalb und außerhalb der Speichereinheit terminiert werden. Eine Widerstandsterminierung innerhalb des DRAM-Bausteins, oft als On-Die-Terminierung (ODT) bezeichnet, verbessert die Signalübertragungsumgebung durch Reduzierung der mit der Terminierung außerhalb des Chips verbundenen elektrischen Unstetigkeiten.

Abweichungen innerhalb des Produktionsprozesses und Spannungs- und Temperaturschwankungen führen zu einer variablen Widerstandscharakteristik der ODT-Elemente. Daher müssen die Terminierungselemente kalibriert werden, wenn diese Kalibrierung auf dem Chip durchgeführt werden kann.

Hintergrund

Konventionelle DRAM-Speichermodularchitekturen besitzen normalerweise Widerstände zur Linienterminierung auf der Hauptplatine, wie in den folgenden Abbildungen veranschaulicht wird. Obwohl die Terminierungswiderstände auf der Hauptplatine manche Reflexionen auf den Signalleitungen reduzieren, können sie keine Reflexionen durch die Blindleitungen verhindern, die mit den DRAMs auf dem Modul verbunden sind. Wie die folgende Abbildung zeigt, stößt ein vom Speicher-Controller zum DRAM übertragenes Signal an der auf dem Modul zum DRAM führenden Blindleitung auf einen Widerstand. Das entlang der Blindleitung zum DRAM übertragene Signal wird auf der Signalleitung zurückreflektiert, wodurch das Signal durch unerwünschtes Rauschen überlagert wird. Das überlagernde Rauschen und die dadurch verursachten Störungen des Signals treten bei höheren Datenübertragungsraten und längeren Blindleitungen deutlicher hervor, wenn diesem Problem nicht durch eine Terminierung außerhalb des Chips Rechnung getragen wird. Bei größeren Multidrop-Systemen mit mehreren DRAM-Modulen ist dieses Rauschen entsprechend deutlicher ausgeprägt, wodurch das Signal noch mehr gestört wird.

Durch Anbringen des Terminierungswiderstands direkt auf dem Chip anstatt auf der Hauptplatine werden die durch Leitungsprünge verursachten Reflexionen beträchtlich reduziert. Dies führt zu einem saubereren Signal und ermöglicht höhere Datenübertragungsraten. Die folgende Abbildung veranschaulicht eine Implementierung der On-Die-Terminierung.

Durch Rambus mögliche Lösungen

Die ODT-Kalibrierung ist eine Technik, bei der der Terminierungswiderstand kalibriert wird, um so die Reduzierung von Signalreflexionen optimieren zu können. Die ODT-Kalibrierung ermöglicht die Ermittlung eines optimalen Terminierungswerts, der Abweichungen bei Verarbeitungs- und Betriebsbedingungen entsprechend kompensiert.

Ein kalibrierter ODT-Wert reduziert unerwünschte Signalreflexionen ganz erheblich und der Signalhub wird dabei durch die zusätzliche Widerstandsladung nur sehr wenig verringert. Das resultierende sauberere Signal ermöglicht höhere Datenübertragungsraten.

Das folgende Schema veranschaulicht ein Beispiel für die ODT-Kalibrierung. Der dargestellte Schaltkreis kann eine ODT-Impedanz herstellen, die proportional zu der eines externen Präzisionswiderstands verläuft. Derselbe externe Widerstand kann auch für eine Kalibrierung des Ausgangstreibers verwendet werden.

Der in der folgenden Abbildung als ODT-Steuerung (0:8) bezeichnete ODT-Kalibrierungs-Controller vergleicht den Spannungsabfall innerhalb des ODT-Widerstandsnetzwerks mit dem Spannungsabfall an einem externen Widerstand (in der Abbildung als Vext bezeichnet). Der Controller modifiziert das Widerstandsnetzwerk mittels Grob- und Feinabstimmung, um eine Impedanz zu erzielen, die dem externen Referenzwiderstand möglichst genau entspricht.

Welche Vorteile ergeben sich daraus?

Von der Kalibrierung des Ausgangstreibers profitieren folgende Bereiche:

Vorteile für Bausteine

Eine verbesserte Signalleistung ermöglicht höhere Datenübertragungsraten und erlaubt das Design von DRAM-Bausteinen und Modulen mit höherer Leistung.

Vorteile für Subsysteme

Die Terminierungskomponenten befinden sich auf dem DRAM-Baustein und nicht mehr auf der Platine. Durch die Reduzierung der Anzahl der Komponenten und Signalleitungen auf der Hauptplatine sinken die Kosten und die Komplexität der Hauptplatine, gleichzeitig erhöht sich die Zuverlässigkeit.

Vorteile für Systeme

Die durch den Einsatz von kalibriertem ODT verbesserte Signalintegrität führt zu höheren Datenübertragungsraten und besserer Modulleistung. Geringerer Stromverbrauch und eine längere Lebensdauer von Batterien in tragbaren Geräten kann auch dadurch erreicht werden, dass die Widerstände nur bei Bedarf aktiviert werden. Dadurch verringert sich der von diesen Terminierungen gezogene statische Strom.