DDR5的DQ Training(VrefDQ)过程,以及与DDR4的差异

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DDR5 VrefDQ 是 DRAM 片内接收参考电压(On-Die VrefDQ)

        作用:DRAM 在 Write 操作时采样 DQ/DQS/DM,利用 VrefDQ 参考电压判断输入                                     DQ/DQS/DM 是0还是1。

        训练目标:找到最佳 VrefDQ 电压窗口中心点,建立最大的读写裕量。

VrefDQ训练涉及5个相关参数

        1:电压工作范围(Voltage operating range),VrefDQ 的可调范围是 45~ 97.5% 的 VDDQ。

        2:步进电压(Stepsize),VrefDQ DAC 相邻两个码值之间的电压差,也就是DAC 的最小调节                分辨率。

        3: 设定容差(VrefDQ set tolerance),设定Vref 码值后,DRAM内部实际的电压,与目标电                   压的最大允许偏差。

        4:步进建立时间(Vref step time),每次改变 VrefDQ 码值后,内部稳定到新的目标电压所需                的时间。    

        5:有效电平范围(VrefDQ valid level),用于判定VrefDQ电压是否已达到稳定的阈值范围。

由于以下原因,每个通道、每颗 DRAM 的最优 Vref 都不一样:

        1:DRAM 内部 Vref DAC 存在工艺偏差。

        2:板级走线阻抗、串扰不同。

        3:VDDQ 纹波和直流偏置不同。

        4:温度变化会影响 Vref 精度。

所以 VrefDQ 须在上电初始化时逐个通道训练出来。

整个训练可以分为全局粗调和每引脚微调两个阶段。

阶段一:

全局粗调(基于 MR10),这一阶段校准的是所有DQ引脚共用的基础参考电压。

        1:初始值设置,向MR10写入一个初始的VrefDQ值(通常从中间值开始,如 0x33 对应约 72% VDDQ),MR10的    默认值为75%VDDQ。更改MR10的值后,需等待VrefDQ_time时间让内部模拟电压稳定。

        2:控制器写入数据,DRAM 接收 DQ 信号。

        3:控制器读取数据,正确则该 Vref 档位在有效窗口内,错误则超出采样窗口,DRAM无法区分高低电平。

        4:回到第一步,更改新的VrefDQ值,重复验证,但需确保VrefDQ值在有效范围内。

        5:统计连续的无错误的Vref挡位,得到Vref_min(窗口下限)和Vref_max(窗口上限)。

        6:选择最优中心点, Vref = (Vref_min + Vref_max) / 2,这样即使温度或电压有轻微漂移,Vref 也不会滑到 fail区域,将该最优Vref写入MR10寄存器,结束全局VrefDQ训练。

阶段二:

每引脚微调(基于 MR118、MR126 、MR134等),由于PCB走线长度差异和芯片内部工艺偏差,每个DQ/DM引脚的实际信号质量可能存在细微差别。因此,DDR5支持在全局值的基础上,对特定引脚进行微调。

        1:通过调节相应寄存器的OP[6:4](偏移步数)和 OP[7](符号位)进行微调,调整范围为 -3 到 +3 个步进,然后参    考阶段一的步骤2开始测试。

        2:最终电压计算,每个通道的最终电压Vfinal=全局值(MR10) + 符号(±) × 偏移步数 × VrefDQ_step。微调后的    最终电压必须严格限制在 45% ~ 97.5% VDDQ 的总范围之内    

DDR5与DDR4的DQ Training对比

| | DDR5 | DDR4 | | --- | --- | --- | | 是否需要命令进入 | 否,直接配置MR10寄存器的VrefDQ值即可 | 是,需要先配置MR6寄存器开启DQ训练模式,再配置VrefDQ的值 | | Vref DQ范围 | 35%~97.5% VDDQ | 1:60%~92.5% VDDQ 2:45%~77.5% VDDQ | | Vref DQ步进 | 0.5% VDDQ | 0.65% VDDQ | | VrefDQ 设置容差 | -1.625%~1.625% VDDQ (步数>4) -0.15%~0.15% VDDQ (步数<=4) | -1.625%~1.625% VDDQ (步数>4) -0.15%~0.15% VDDQ (步数<=4) | | Vref DQ步进时间 | 150ns(步数<16) 500ns(步数>=16) | 150ns | | Vref DQ有效容差 | -0.15%~0.15% VDDQ | -0.15%~0.15% VDDQ | | 训练阶段 | 1:全局粗调 2:每个引脚单独细调 | 1:全局粗调 |