??? 摘? 要: DDR技術和HSTL電平標準是近年來出現的高速數據傳輸技術,結合實際課題探討應用了這兩種技術的DDR SRAM器件的具體使用。?
????關鍵詞: DDR? SRAM? HSTL電平
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??? SAMSUNG DDR SRAM是一種目前世界上速度最快的SRAM之一。在讀取這種SRAM中的數據時,由于其特殊的電平特性和高速特性,其讀取電路設計和傳統SRAM有所不同。本文對這種新型高速SRAM器件的應用進行了說明,并討論了一種還不多見的電平標準—HSTL。?
1 HSTL電平?
1.1 基本定義?
??? HSTL(High Speed Transceiver Logic)是由JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council,屬于電子工業協會EIA)在1995年正式制定的一種電路邏輯標準。?
??? HSTL是一種技術獨立的數字集成電路接口標準,為了實現電壓擴展和技術獨立I/O結構而開發的。此標準所要求的I/O結構是差分放大輸入(一個輸入內部關聯成一個用戶提供的輸入參考電壓,此電壓用于單端輸入)和使用VCCO的輸出。所謂技術獨立,實際上指用來做輸入參考和輸出VCCO的電壓,與器件本身的供電電壓不同。?
??? HSTL最主要的應用是可以用于高速存儲器讀寫。傳統的慢速存儲器訪問時間阻礙了高速處理器的運算操作。在中頻區域(100MHz和180MHz之間),可供選擇基于單端信號的I/O結構有:HSTL、GTL/GTL+、SSTL和低壓TTL(LVTTL)。在180MHz以上的范圍,HSTL標準是唯一可用的單端I/O接口。利用HSTL的速度,快速I/O接口明顯地提高了整個系統的性能。HSTL是高速存儲器應用的I/O接口選擇,同時也很完美地提供了驅動多個內存模塊地址總線的能力。?
1.2 分類?
??? 在HSTL標準中,根據輸出緩沖特性的不同,HSTL被分為四種類型。其中,第1、3、4類為并行終端負載,第2類為串行終端負載。這里只給出第1類的負載情況,其他負載可以查閱本文參考資料。?
??? HSTL-I的電平特性如表1所示。?
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??? HSTL-I的負載如圖1所示。?
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??? 可以看出,HSTL-I需要使用50Ω電阻來平衡傳輸線阻抗,同時也需要一個外部的VTT來提供上拉電壓。?
2 DDR SRAM?
??? 為了達到硬件設計要求,選用了目前世界上最快的SRAM器件——SAMSUNG DDR SRAM(K7D801871B)。該器件是512K×18 DDR SRAM,使用HSTL電平標準。其最快的型號可以達到工作頻率333MHz,最大數據讀取速率666MHz。
??? DDR技術被大眾熟悉主要是DDR SDRAM開始進入PC機內部,競爭內存市場。而DDR技術本身也是作為下一代高速內存標準而被提出的。具體說,DDR技術是利用時鐘的上升沿和下降沿進行數據讀/寫操作,而不是以往只能在一個時鐘周期內進行一次數據讀/寫操作,這也是DDR(Double Data Rate,雙倍數據速率)名稱的由來。從芯片技術發展來看,提高存儲器芯片的時鐘頻率是比較困難的,尤其要和其他器件相配合,也無法將時鐘頻率一下子提升。利用DDR技術,可以在不提高時鐘頻率的基礎上,將數據傳輸速率提高到原來的兩倍(理論值),其實現難度相對較低。因此,DDR技術已經被廣泛地用在SDRAM、SRAM等存儲器中,并且還有了利用雙端口技術進一步提升傳輸速度的QDR(Quad Data Rate)架構。?
??? 為了在數據輸入時準確利用時鐘的上升沿和下降沿,DDR SRAM的時鐘要求差分輸入,也就是說需要互為反相的兩個時鐘輸入(K,K#)。另外,為了輸出數據準確匹配時鐘上升沿和下降沿,DDR SRAM專門提供了互為反相的兩個輸出時鐘信號(C,C#)。?
??? DDR SRAM的內部系統結構如圖2所示。?
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3 連接SRAM和一般TTL電路?
3.1 系統要求?
??? 在本項目中,前端采樣數據是經過PCI接口被讀取到PC機中的,這一方式的選擇也是為了實現高速數據流讀寫;選擇PLX PCI9054來連接PCI接口和本地電路。PCI接口(包括PCI9054)使用TTL電平(5V和3.3V),而數據保存在使用HSTL電平的DDR SRAM中,這就要求在PCI接口電路和DDR SRAM中必須有電平轉換。?
??? 表2、表3分別給出TTL和HSTL的電平特性。?
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3.2 FPGA連接?
??? 因連接PCI接口和DDR SRAM需要一定的邏輯電路,使用PLD器件便于調試和修改。經過調研了解,目前主流的FPGA廠商Xilinx和Altera在其大容量FPGA產品中都提供了對HSTL電平的支持。其中,Xilinx的Virtex系列(包括Virtex,Virtex-E,Virtex-II)和Altera的Apex系列(包括Apex,Apex II)都可以支持HSTL電平,并且還支持DDR邏輯。因此,使用FPGA來連接DDR SRAM和PCI9054,避免了自行搭建電平轉換電路。對于所用的32位地址/數據電路來說,分立器件電平轉換電路所需要的器件數量是很大的,不利于板卡的設計和布線。?
??? 圖3是FPGA實際邏輯的結構圖。圖3中繼電器是為配合其他部分電路使用的。?
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??? 圖4是Xilinx Virtex系列中的HSTL I/O器件符號。另外還有專門的輸入/輸出器件,這里略去符號介紹。可以看出,這是一個三態的I/O端口,IO端連接FPGA的IO端口,I和O端分別連接輸出和輸入邏輯電路,而T則類似于總線開關,控制輸出是否成高阻態。?
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??? DDR SRAM應用了許多提高傳輸速率的新技術,高速數字電路設計者因此多了一個很好的選擇。HSTL作為高速電平標準,也會隨著DDR SRAM的應用而越來越廣泛地被專業人員所熟悉。可以預料,基于HSTL的高速器件會越來越多。了解和掌握HSTL電平、DDR技術是未來高速數字電路設計者必須具備的技能。?
參考文獻?
1 EIA/JEDEC, JEDEC STANDARD No 8-6,High Speed??Transceiver Logic(HSTL) A 1.5V Output Buffer Supply?Voltage Based Interface Standard for Digital Integrated Circuits,1995 August?
2 Samsung Electronics.K7D801871B Data Sheet.July 2001?
3 Xilinx Inc. High Speed Transceiver Logic (HSTL),VTT008,?May 5 2001?
4 何 滄,黃歆宇,李鵬.DDR存儲器和DDR DIMM.電子產品世界,2000;12?