FPGA到高速DRAM的接口設計

FPGA做為系統(tǒng)的核心元件正在更多的用于網(wǎng)絡、通信、存儲和高性能計算應用中，在這些應用中都需要復雜的數(shù)據(jù)處理。
所以，現(xiàn)在FPGA支持高速、外部存儲器接口是必須遵循的?，F(xiàn)在的FPGA具有直接接口各種高速存儲器件的專門特性。本文集中描述高速DRAM到FPGA的接口設計。
設計高速外部存儲器接口不是一件簡單的任務。例如，同步DRAM已發(fā)展成高性能、高密度存儲器并正在用于主機中。最新的DRAM存儲器—DDR SDRAM，DDR2和RLDRAM II支持頻率范圍達到133MHz（260Mbits/s）_400MHz（800Mbits/s）。
因此，設計人員往往會遇到下列問題：DQ—DQS相位管理、嚴格的定時限制、信號完整性問題和同步開關轉換輸出（SSO）噪聲。另外一些板設計問題會延長設計周期或強迫接受降低性能。
DQ—DQS相位關系管理
DDR SDRAM靠數(shù)據(jù)選通信號（DQS）達到高速工作。DQS是用于DQ線上選通數(shù)據(jù)的非連續(xù)運行來保證它們彼此跟蹤溫度和電壓變化。DDR SDRAM 用片上鎖延遲環(huán)（DLL）輸出相對于相應DQ的DQS。
DQ和DQS信號間的相位關系對于DDR SDRAM和DDR2接口是重要的。當寫DRAM時，F(xiàn)PGA中的存儲器控制器必須產(chǎn)生一個DQS信號，此信號是中心對準在DQ數(shù)據(jù)信號中。在讀存儲器時，進入FPGA的DQS是相對于DQ信號的沿對準（圖1）。
在接收DQS信號時，存儲器控制器必須相移DQS信號使其與DQ信號對準。電路板引起的DQS和DQ之間的偏移，控制器中合成數(shù)據(jù)有效視窗和控制器輸入寄存器中取樣視窗要求決定必須延遲的DQS時間量。
這是DRAM控制器設計中最需要解決的問題之一。存儲器接口設計人員可采用下列技術對準DQS到數(shù)據(jù)有效視窗中心：板跡線DQS延遲，片上跡線DQS延遲，片上DLL或鎖相環(huán)（PLL）。
DQS板跡線延遲
這是對準DQS和相關DQ信號的傳統(tǒng)方法。但此技術基于如下原因證明在復雜系統(tǒng)中存在性能障礙并且是無效的：