DDR存儲(chǔ)器電源的內(nèi)存解決方案

廉價(jià)的雙倍數(shù)據(jù)速率（DDR）內(nèi)存（以及DDR2和DDR3等后來(lái)的版本）為臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦的工作內(nèi)存提供了支柱。通過(guò)在脈沖序列的前沿和后沿上為存儲(chǔ)器提供時(shí)鐘，存儲(chǔ)器吞吐量加倍，而功耗僅略微增加。但是，為了充分利用這種吞吐量并避免這種高頻方案的常見(jiàn)問(wèn)題，例如，無(wú)意中觸發(fā)邏輯器件的振鈴和反射，總線終端電路需要自己的電源。為了有效地工作，該電源必須提供主存儲(chǔ)器芯片組電源的輸入電壓的一半，同時(shí)能夠提供源電流和吸收電流。

本文介紹DDR存儲(chǔ)器電源的獨(dú)特需求，然后檢查主要供應(yīng)商的一些專(zhuān)用電源控制器，以減輕設(shè)計(jì)工程師的挑戰(zhàn)。

DDR的特殊要求

圖1說(shuō)明了一種用于計(jì)算機(jī)時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)的流行終端方案，旨在防止可能無(wú)意中觸發(fā)連接到總線的邏輯設(shè)備的虛假振鈴和反射。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與簡(jiǎn)單地通過(guò)直接接地的電阻器終止線路相比，它將時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)中消耗的功率減半（當(dāng)總線高一半時(shí)，而其他時(shí)間則低）。權(quán)衡要求額外的電源產(chǎn)生VDD/2。

圖1：在公共總線終端電阻線上增加第二個(gè)電源，使電阻上的平均功耗減半（德州儀器公司提供）。

終端電阻連接到第二電源電壓（VTT），該電壓等于主電源電壓（VDD）的一半。連接第二個(gè)電壓的結(jié)果是，無(wú)論電源電壓如何，終端電阻的功耗都是恒定的，并且等于VTT（或VDD/2）平方除以終端電阻（來(lái)自P =V2/R）。但是，對(duì)二次電源的要求是不尋常的。除電源電壓（VTT）為主電源電壓（VDD）的一半外，器件還需要提供源電流和吸收電流（圖2）。當(dāng)VDD為低電平時(shí)，電流從VTT電源流入驅(qū)動(dòng)器。但是，當(dāng)VDD為高電平時(shí)，電流從驅(qū)動(dòng)器流向VTT電源。同樣重要的是，VTT電源在狀態(tài)之間平滑切換，以避免增加功耗的低效率。

圖2：DDR存儲(chǔ)器VTT電源的工作模式。在左側(cè)，器件以降壓模式工作，并在右側(cè)提供電流，作為升壓電源和吸收電流（德州儀器公司提供）。

同步開(kāi)關(guān)DC/DC穩(wěn)壓器通常用于VTT電源，因?yàn)樗染€性低壓差穩(wěn)壓器（LDO）更有效（盡管一些設(shè)計(jì)人員更青睞LDO，因?yàn)樗菀兹谌氲絃DO中。電源設(shè)計(jì)）。然而，在這兩種不同的工作模式下保持高效率（低功耗）和良好的瞬態(tài)響應(yīng)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

在同步開(kāi)關(guān)降壓穩(wěn)壓器中，精確控制從高端MOSFET導(dǎo)通點(diǎn)到低端器件導(dǎo)通點(diǎn)的過(guò)渡?？梢詭缀鯖](méi)有損失地進(jìn)行高側(cè)到低側(cè)的轉(zhuǎn)換。實(shí)際上，首先關(guān)閉高側(cè)開(kāi)關(guān)，這允許外部?jī)?chǔ)能電感器將相電壓擺動(dòng)到零。通過(guò)使用比較器來(lái)感測(cè)相電壓，然后在沒(méi)有電壓的情況下打開(kāi)底部開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)器件的零電壓切換。相反，從低端到高端的轉(zhuǎn)換是“硬切換”，并且由于相電壓必須在正時(shí)切換，導(dǎo)致一些交叉?zhèn)鲗?dǎo)和電容損耗，因此會(huì)產(chǎn)生一些低效率。1

但是，在升壓模式下反之亦然：零電壓切換發(fā)生在低端到高端轉(zhuǎn)換期間，硬切換發(fā)生在電感拉低時(shí)。電源設(shè)計(jì)人員已經(jīng)提出了一些巧妙的技巧來(lái)克服在電源長(zhǎng)時(shí)間以降壓或升壓配置工作時(shí)很難工作的硬切換低效率，并且很少（如果有的話）在兩種模式之間切換。

DDR存儲(chǔ)器電路中次級(jí)穩(wěn)壓器的降壓和升壓操作（源極和吸收電流）之間的持續(xù)快速翻轉(zhuǎn)，同時(shí)器件保持恒定輸出電壓為主電源（VDD）的一半，與輸入電壓無(wú)關(guān)，如果要保持高效率，則輸出電流需要與用于傳統(tǒng)電源的控制方案相比的不同類(lèi)型的控制方案。

用于DDR電源的控制模塊

幸運(yùn)的是，DDR電源設(shè)計(jì)人員不必?fù)?dān)心提出控制機(jī)制，因?yàn)閹准抑饕?a target="_blank">半導(dǎo)體供應(yīng)商已將注意力轉(zhuǎn)移到任務(wù)上，并已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的控制器DDR內(nèi)存電源的獨(dú)特需求。

飛兆半導(dǎo)體提供用于存儲(chǔ)器應(yīng)用的FAN5026雙DDR/雙輸出開(kāi)關(guān)控制器。該器件設(shè)計(jì)用作雙脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。

在DDR模式下，一個(gè)通道跟蹤另一個(gè)通道的輸出電壓，并提供必要的輸出電流吸收和源功能。該器件提供兩個(gè)主電源（VDD）輸出和一個(gè)跟蹤VDD/2的二次電源（VTT）。該芯片可在3至16 V的輸入范圍內(nèi)工作，該公司表示該器件可在0.9至5.5 V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)兩個(gè)輸出電壓，提供高效率和穩(wěn)壓。同步整流和遲滯工作可在輕負(fù)載條件下保持效率。

該模塊面向服務(wù)器和臺(tái)式機(jī)DDR內(nèi)存電源或顯卡電源要求等應(yīng)用。圖3顯示了FAN5026的應(yīng)用電路。

圖3：Fairchild FAN5026 DDR電源控制器的應(yīng)用電路。

德州儀器還提供DDR和DDR2控制器模塊TPS51020。該芯片可在4.5至28 V輸入電壓下工作，專(zhuān)為高性能，高效率應(yīng)用而設(shè)計(jì)，其中與電流檢測(cè)電阻相關(guān)的損耗是不可接受的。例子包括鋰離子電池供電的便攜式計(jì)算機(jī)。通過(guò)在PWM串中啟用自動(dòng)跳過(guò)操作，可以保持輕載條件下的高效率（圖4）。

圖4：TI的TPS51020專(zhuān)為便攜式計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)。該公司稱(chēng)該器件為雙開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器DDR電源提供單芯片解決方案。在DDR模式下，TPS51020提供DDR應(yīng)用所需的所有功能，包括VTT的VDD/2跟蹤，電流源和吸收能力以及VTT參考輸出。

凌力爾特公司將LTC3876作為完整的DDR電源解決方案提供。該器件兼容DDR，DDR2，DDR3和未來(lái)DDRX低電壓標(biāo)準(zhǔn)，集成了VDD和VTT控制器以及精密線性VTT參考。該公司表示，差分輸出檢測(cè)放大器和精密內(nèi)部基準(zhǔn)電壓相結(jié)合，可提供精確的VDD電源。

VTT控制器跟蹤精度VTT參考值，總直流誤差小于20 mV。在跟蹤VDD/2時(shí)，參考電壓保持1.2％的調(diào)節(jié)精度。 LTC3876的輸入范圍為4.5至38 V，VDD范圍為1.0至2.5 V，相應(yīng)的VTT輸出范圍為0.5至1.25 V.

DDR內(nèi)存及其后續(xù)版本使現(xiàn)代計(jì)算機(jī)能夠在高速而不會(huì)顯著增加功耗。但是，如果要在DDR運(yùn)行的高頻率下避免雜散信號(hào)，則需要仔細(xì)設(shè)計(jì)芯片組并終止公共總線。幸運(yùn)的是，通過(guò)選擇市場(chǎng)上的一種商用DDR電源模塊，工程師可以在電源設(shè)計(jì)方面取得重大進(jìn)展。這些器件集成了為存儲(chǔ)器芯片組供電所需的所有功能，并為精確跟蹤主電源的終端跟蹤提供恒定的減半電壓。