从原理上解释什么是DDR的ZQ校准？

前言

     首先我们我们看下下图的电路，在DDR的电路中通常有ZQ部分的电路，外接1%高精度的240ohm电阻，那么这个240ohm电阻究竟是做什么用的呢？很多做了硬件或者驱动开发很多年的工程师仍然是一知半解，今天我们就来仔细的探讨一下这个问题！

     首先我们以DDR3作为例子，如下图所示，在DDR2中，所有的DQ以及其它的信号PIN采用了分离式驱动器电路设计方案（die内端接），而在DDR3中，为了提高系统工作的鲁棒性，对这一设计方案做了优化，所有的输出驱动器采用同一个设计电路。

    合并驱动器的概念是使用多个240ohm的电阻结构实现上拉和下拉网络，通过允许相同240ohm电阻的不同组合来实现不同的端接值，对于DDR3来说，全强度输出时驱动器的输出阻抗为默认为34ohm（打开所有的240ohm电阻）。

     为了达到DDR设计的数据传输速率，必须要特别注意信号完整性，将内存控制器和DDR的信号传输通道上阻抗mismatch减小到最小，将有助于减少信号上的反射和振铃。为了减小这种阻抗不连续性，必须在DDR的设计中引入相应的校准（calibration)方案。

 

NOTE：ZQ校准的目的

      为了提高信号完整性，并增强输出信号的强度，DDR内存中引入了终端电阻和输出驱动器，而为了在温度和电压发生变化的场景下仍然能够保持信号完整性，就需要对这些终端电阻和输出驱动器进行校准；

     未经校准的终端电阻会直接影响到信号质量，而调整不当的输出驱动器则会使得有效信号跃迁偏离参考电平，从而导致数据和选通信号之间出现偏差。

 

校准方式

     DDR3中的ZQ校准用于输出驱动器和ODT，每个DRAM的ZQ pin都被连接到外部的±1%精度的240ohm电阻，该电阻是可以在所有的Device之间共享的。

pull-up 校准

校准控制模块由如下几个部分组成：

1、ADC

2、比较器

3、majority filter-择多滤波器

4、内部参考电压发生器

5、近似寄存器-approximation register.

 

      校准控制模块的240ohm leg和输出驱动器和终端的pull-up leg是匹配的，pull-up leg是使用多晶硅电阻的240ohm电阻（阻值略大于240ohm)，在这部分电路中，采用了P-channel的电路去降低legs的阻抗，从而去调节上拉部分电路达到精确的240ohm。

 

综合上述的分析，我们可以知道，在DDR设置ODT的时候，就是通过使能相同的240ohm电阻的不同组合来实现不同的端接值。

如上图所示，当进行ZQ校准时，首先进行的步骤是将Vpull-up拉高，将Vpull-up leg的电压拉高到VDDQ，此时校准控制模块会不断的控制P-channel部分的电路，通过Xres部分的电压和VDDQ/2进行比较并反馈，最终使得上拉部分的电压达到较为精确的240ohm。

校准控制模块是通过VOH[0:4]对P-channel进行控制的，校准后的值会保存在approximation register中，并会在所有的输出驱动器和终端中共享。

ZQ校准功能框图：

ZQ校准的设置

在DDR中校准（包括ZQ校准、VrefDQ校准等），在设置上可以概括为两类：

1、periodic calibration

2、WDT time out calibration

即可以设置为每间隔一段时间校准一次，也可以设置为当看门狗WDT timeout之后再进行校准。