在PCB設計中使用SDRAM與DDR RAM

在PCB設計中使用SDRAM與DDR RAM

嵌入式計算機、視覺裝置、資料採集模組等都需要一些記憶體,無論是快閃記憶體晶片還是RAM模組。通常情況下,快閃記憶體晶片或小型eMMC模組不會用於臨時儲存,因為裝置需要不斷重寫。相反,如果您碰巧需要一個易失性(即臨時的)記憶體解決方案,您可以選擇靜態或動態RAM(SRAM或DRAM)。在這兩種型別的ram中,有非同步和同步兩種型別,其中同步型通常用於現代高速電子裝置中。

SDRAM是這些標準的、低速/低容量選項之一,可用於無外部板的板載儲存器。沒有使用過RAM模組的設計師們可能會想到大型DDR RAM棒,就像你在臺式機或膝上型電腦上安裝的那樣。取而代之的是,單個RAM晶片可以安裝在一塊板上,而且它們不需要是典型的SODIMM棒上的那種高速、大容量RAM IC。如果您需要決定在您的電路板中使用哪種型別的記憶體,請繼續閱讀SDRAM與DDR記憶體模組的一些基本設計指南。

SDRAM與DDR RAM模組

SDRAM(synchronous dynamic RAM,同步動態RAM)模組是現代電子技術中使用的標準RAM模組。在比較SDRAM和DDR時,需要注意的是DDR是SDRAM的一種,最早的ddrsdram晶片是1997年由三星釋出的。從那時起,新一代的解甲歸田產生了,記憶體容量也提高了。不過,以單資料速率執行的SDRAM模組並沒有消失。從這裡開始,每當我提到“SDRAM”,只要知道我指的是單資料速率版本,而不是DDR。

下表比較了SDRAM和DDR的一些基本操作引數。從這個表中我們可以看出,除了時鐘速率和容量外,這兩種型別的儲存器具有相似的功能。

非DDR SDRAM模組

DDR模組

最大匯流排時鐘速率

200MHz

1600MHz

容量

>1 Gb

匯流排寬度

最多32位

最多64位

長度匹配

是的(非常慷慨,在某些產品中可耐受400-500mil)

是的

介面型別

同步

同步

阻抗

50歐姆特性

取決於控制器的驅動強度,也有差分對

包裹

BGA 封裝 (例如TFBGA) or TSOP

BGA封裝

成本

低(約5美元)

可能很高

一般來說,DDR中較高的時鐘速率,以及DDR每個時鐘週期傳輸2倍資料的事實,意味著DDR模組比單資料速率SDRAM快得多。這兩種型別的RAM都有同步介面,這意味著它們使用源同步時鐘來觸發來自記憶體模組的資料傳輸。這需要在總線上強制執行長度調整,以便

上面列出的DDR編號是用於DDR4模組的;DDR3和更早的版本將有更低的規格,以及更低的成本。DDR5正在將上表中的限制提高到更高的時鐘頻率(3200 MHz)和資料速率(每個模組高達6400 MT/s),最新的消費和伺服器產品將於2021年晚些時候推出。所有這些都引出了一個問題:如果DDR具有更高的容量和資料傳輸速率,為什麼不在每個需要易失性記憶體的系統中使用DDR?

為什麼要使用單速率SDRAM?

對於某些系統,使用板載DDR模組或透過邊緣聯結器訪問DDR棒都是過火了。除非在嵌入式裝置上執行完整的作業系統或多個應用程式,否則不需要那麼多的RAM。這並不意味著小型嵌入式系統不需要大量記憶體。通常,所需的記憶體是非易失性的,可以透過快閃記憶體晶片、SD卡或eMMC模組提供。

以下是您可能希望在嵌入式系統架構中使用SDRAM模組而不是完整DDR模組的一些主要原因:

與MCU的介面:

我還沒聽說過一個可以連線到DDR模組的MCU;你至少需要一個微處理器或一個FPGA。然而,一些更強大的mcu可以透過內部控制器訪問大量的易失性記憶體。這個STM32F7系列MCU是一個非常流行的例子;它的內部靈活記憶體控制器(FMC)可以用來訪問大約100兆赫的SDRAM。

低成本:

在需要大量記憶體的嵌入式系統中,例如執行嵌入式推理任務的具有ML能力的小型系統,系統可能需要大量記憶體,這些記憶體可以由RAM模組提供。由於這類系統的部署預計只會增加,所以當SDRAM晶片可以完成這項工作時,使用昂貴的DDR模組是沒有意義的。

更容易佈線:

由於SDRAM晶片執行速度稍慢,訊號上升時間較慢,所以長度匹配要求就容易得多。一定要對這些限制進行編碼在你的設計規則裡

減少串擾:

任何高速數字協議,包括DDR4與其他匯流排內部的一些匯流排介面會有串擾。低速執行的好處在於匯流排中訊號之間的串擾不那麼強烈。

相同的匯流排拓撲:

SDRAM和DDR使用相同型別的匯流排,這意味著它們具有相同的訊號集,並且訊號具有相同的含義。如果你知道如何路由一個單資料速率SDRAM介面,那麼你就知道了如何更快地使用DDR介面。

在PCB設計中使用SDRAM與DDR RAM

這些蛇形部分用於SDRAM和更快的DDR介面中的並行匯流排的長度匹配。

不是每一個系統都需要一個單獨的資料速率SDRAM模組,但它們肯定更容易與基於微控制器構建的流行嵌入式系統架構一起使用。如果您正在設計一個定製的單板計算機或主機板,並且您的系統需要高記憶體,那麼就咬緊牙關,使用一個或多個DDR模組。如果你從來沒有使用過現代的DDR模組,你仍然可以低到DDR2,而且與典型的SDRAM模組相比,你的系統將有足夠的記憶體。

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