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Étalonnage des pilotes de sortie
Contexte
La transmission de données à haute vitesse entre un dispositif DRAM et un contrôleur mémoire nécessite une conception soigneuse des pilotes d'E/S afin d'assurer que les niveaux de signalisation électrique requis sont atteints. Les variations du processus, de la tension et de la température peuvent altérer les caractéristiques électriques du circuit de pilotes de sortie, ce qui conduit à une déviation des niveaux de signalisations souhaités. De plus, les variations d'autres éléments du système, notamment de l'impédance des pistes, de la tension de référence (Vref) et de la tension de terminaison (Vterm), peuvent aussi avoir une incidence sur les niveaux de signalisation.
Pour résoudre ces problèmes, Rambus a été le premier à utiliser l'étalonnage des pilotes de sortie dans les systèmes mémoire afin d'accroître la vitesse de communication et la fiabilité pour une large gamme de conditions de fonctionnement.
La figure ci-dessous illustre l'incidence des variations du processus, de la tension et de la température sur la taille des fenêtres de données. Les fenêtres de données reflètent les caractéristiques de la qualité de l'environnement de signalisation comme les marges de synchronisation et de tension. Des fenêtres de données longues (bonne marge de synchronisation) et hautes (bonne marge de tension) sont caractéristiques d'une signalisation fiable.
Les pilotes de sortie sont conçus pour piloter les signaux entre les niveaux de tension haut et bas (notés Voh et Vol sur la figure précédente). En raison des variations du processus, de la tension, de la température ainsi que d'autres facteurs, les signaux pilotés par les pilotes de sortie peuvent se trouver au-dessus ou au-dessous des niveaux de tension de signalisation souhaités, réduisant ainsi les marges et donc l'intégrité des signaux. La réduction des marges de synchronisation limite la vitesse de signalisation maximale, car la fenêtre de validité des données (longueur de la fenêtre de données) est plus courte. La réduction des marges de tension peut nécessiter des basculements de tension d'E/S plus importants pour garantir la précision de la transmission des données. Il est à noter toutefois que plus le basculement est important, plus la consommation d'énergie des E/S est importante, ce qui peut avoir pour effet d'augmenter la sensibilité du système à la diaphonie. Afin d'augmenter le débit de signalisation et de réduire la consommation d'énergie des E/S, il est nécessaire de régler le problème des surdépassements et des sous-dépassements des pilotes de sortie.
Solutions Rambus
L'étalonnage des pilotes de sortie permet d'optimiser et de conserver les niveaux de signalisation par le biais de forces d'excitation de sortie réglables dont le but est de compenser les variations du processus, de la tension et de la température. L'étalonnage des pilotes de sortie dans les conditions normales de fonctionnement permet de régler la force d'excitation afin de répondre aux variations de tension et de température qui peuvent survenir au cours de l'utilisation d'un système.
L'étalonnage des pilotes de sortie utilise une boucle d'asservissement pour régler l'impédance de sortie du circuit de pilotes de sortie, contrôlant ainsi la force d'excitation du circuit afin d'optimiser les performances du signal. L'impédance de sortie du pilote est comparée à une résistance de référence RZQ placée à l'extérieure du dispositif. L'impédance de sortie est ensuite étalonnée afin que sa valeur soit égale ou proportionnelle à la résistance de précision de référence.
Le circuit ci-dessus présente une configuration possible du circuit d'étalonnage des pilotes de sortie. La tension chute, car l'arrangement de résistances qui se trouve dans la partie supérieure du circuit dépend de l'état de chaque transistor monté en série avec les résistances et de la valeur de la résistance RZQ sur la ligne. Les états des transistors sont contrôlés individuellement par le Registre de force de pilotage (Register Strength Drive) et sont réglés afin que Vterm = Vref. La tension de référence, Vref, reflète le niveau de signal de sortie souhaité. Lorsque la condition Vterm = Vref est remplie, l'impédance de la partie supérieure du pont diviseur est optimisée pour le pilote. Les valeurs utilisées pour configurer l'arrangement de transistors peuvent être stockées dans le registre et mises à jour selon les besoins.
La figure ci-dessus illustre l'effet de l'étalonnage des pilotes de sortie sur l'amplitude du dépassement et du sous-dépassement le long de la ligne de transmission. Il résulte de la réduction du dépassement et du sous-dépassement une augmentation des marges de tension et de synchronisation.
La résistance RZQ de référence, ainsi que la majeure partie du circuit d'étalonnage des pilotes de sortie, peut être utilisée pour l'étalonnage ODT.
À quels niveaux se situent les avantages ?
L'étalonnage des pilotes de sortie offre des avantages dans les domaines suivants :
Dispositifs :L'étalonnage des pilotes de sortie augmente le rendement de la DRAM grâce à la compensation des variations du processus à l'aide des pilotes de sortie de la DRAM, ce qui permet au dispositif de satisfaire plus facilement aux spécifications de test.
Sous-système :L'étalonnage des pilotes de sortie permet aux concepteurs de carte de compenser les variations de l'impédance des pistes et de la tension de terminaison dues aux processus de montage et de fabrication. De plus, les spécifications de test des composants peuvent être assouplies, car la force réglable des pilotes de sortie permet de compenser les tolérances de fabrication de certains composants. L'étalonnage des pilotes de sortie assure également une signalisation plus fiable, ce qui permet d'atteindre des vitesses de communication plus élevées.
Systèmes :L'étalonnage des pilotes de sortie permet aux intégrateurs de systèmes d'utiliser une seule DRAM dans différentes configurations ne présentant pas la même impédance de piste et qui fonctionnent dans des environnements différents. L'étalonnage des pilotes de sortie augmente aussi les marges de tension et de synchronisation, améliorant ainsi la fiabilité du système sur une large plage de conditions de fonctionnement. En outre, les forces d'excitation réglables aident à compenser les variations de température, ce qui permet aux intégrateurs de systèmes de gérer plus efficacement leurs budgets thermiques et d'alimentation du système, réduisant par là même le coût global du système.