低SSN的机顶盒芯片DDR控制器的设计

低SSN的机顶盒芯片DDR控制器的设计 阳四怔黝怎鬈湖 矽烹麓篓筹 【本文献信息】梁骏,张明.低的机顶盒芯片控制器的设计.电视技术,, 低的机顶盒芯片控制器的设计 梁骏,张明 浙江大学信息与通信研究所,浙江杭州 【摘要】低成本封装的效应是限制接口传输速率的重要因素。根据图像数据 翻转比特的分布统计,提出了基 于数据重发的控制器设计。本方法利用芯片上的功能管脚将次高数据比 特翻转的写传输转化成次低 数据比特翻转的写传输。结果表明提出的方法能以较少的代价减少。 【关键词】;;;数据重发 【中图分类号】 【文献标志码】 , , ,, . , 【】 .. .. 【 】;;; 输出到传输线,引起外部传输线电平升高。当输出 信号翻转为时电流从外部传输线流人芯片,通过驱动器 ,双速率静态随机访问存储器,以下简称的 / 的管,然后通过 回到电源的地。在信号翻转过程 最高工作频率随着芯片技术进步从第一代的 中,接口的驱动器感受到的电源与地将是一个叠加 传输速率飞速发展到第三代的 ?。封装寄生 电感会给接口带来很大的同步开关噪声,并 噪声的非理想电源与地。这个电 压噪声引起输 出波形的边沿发生恶化,信号延时发生抖动,最终导致系 限制芯片接的传输速率。封装的管脚金线电 感大约有? ,封装的寄生电感大约 。当 统的工作时序减少,数据异常,系统 稳定性降低。 使用封装时,金线电感会引起极大的效应,并导 致的波形异常与数据错误旧。。这一不利因素限制 了机顶盒芯片采用封装降低芯片成本的可行性。 本文分析了接口的效应,并提出了基于数 据重发的控制器的设计以减少接口的效 应。本文提出的设计以损失较少的接口数据带宽为 代价,通过数据比特翻转控制来减少效应。较少的 使得低成本的封装能够应用于高速的接 口中,有助于提高机顶盒芯片的竞争力,并减少对环境的 消耗与污染。 图 效应 当一对电源地为更多驱动器提供电源地回路时,如 效应 果多个驱动器同时输出,每一份电流都要在电源地的寄 接的效应可以由图说明。图表示了 生电感上产生感应电压即。这个又反作 用 一对电源地为个接口驱动器提供电源地回路。封 于每个驱动器上。由电感 的感应电压计算式可得 装主要的寄生效应是电感,如图中的 。当接口开 反比于电流变化时间出, 正比于封装寄生电感值 与变 始向颗粒写数据时,电流通过和管,并 化电流,。 基金项目:国家自然科学基金项目;;国家科技重大专项一?? 投稿网址://..《电视技术》第卷第期总第期 ? 万方数据刚阳删阴焉僦黼怎饕 囊鞠羞囊 口 肌 孥 管脚名称 类型 功毖描述 式中:是驱动器的个数。 :, 地址输入,为命令提供行 当同时翻转的比特增加时,变得更严重。以 /,, 输入 地址,和为/命令的 /,: 列地址和自动预充电位 位宽的颗粒的设计为例,当 数据同时从 输入 翻转到时,此时的将在电源上形成最大的电压变 : 地址输入 形。如果要减少,可以减小,减小,,增加出,或者 , 输人 时钟,差分时钟输入 减少同时翻转的驱动器个数凡等“。 输人 时钟使能 输入 图是个电源、个地为~个数据提供电源 片选使能 低 数据输入屏蔽,是写 地回路时的的仿真结果。由图可知当~ 数据的输入屏蔽信号,在写期间, 共同翻转时,在电源上产生的电压波动的峰峰值 输入 当伴随输入数据的信号被采样 分别是 , , , , , 为高的时候,屏蔽输入数据。 , , 翻转时的噪声幅度是 输入 高 数据输入屏蔽 翻转时的.倍,是 翻转时的.倍。如果减少同 输入 片上终端使能 时翻转比特的数量就可以显著降低。 ,, 输入 命令输入 输入 复位 : 输入/输出 低 数据输入/输出,双向数据 : 输入/输出 高 数据输入/输出,双向数据 输入/输出 低位数据选通,读时是输出,写时是输入 , , 输入/输出 高位数据选通,读时是输出,写时是输入 利用信号,可以设计基于重传的控制器。 当一次写传输操作中如果因为同时翻转比特较多导致 严重时,可将次写传输分成次写传输。通过数据 复制的方法减少同时翻转的比特数目。 上文提出的控制器的重传如图所示。在 系统初始化阶段设定最大翻转比特?。当系统开始运行 时对的读写操作进行判断。如果是读操作,则正常 进行读操作;如果是写操作,则再对写数据中的最大翻转 比特肘进行计算。 ”“ ” “ 二:韶 如果最大翻转比特肘没有超过设定最大翻转比特?, 图 仿真波形截图 则按照图正常写传输。如果最大翻转比特超过设定最 接口与重发流程 大翻转比特?,则将一次 变换成次 写操 作。同时按照图、图方式控制信号与数据比特。 一个 位宽的 存储容量的颗粒的 经过变换后每一次数据跳变都有 数据不变化, 功能引脚的定义如表所示。 最大同时跳变比特数降低到,也将相应降低。 颗粒的低 和高 各有 的信号 作为写入使能。为低 数据的信号,为 效率分析 高 数据的信号。当为高时对应传输的数据 上文提出的方法可以减少效应。但是由于数据 不存储进颗粒。当,,,,时 重传带来带宽的降低。当读操作和写操作的 数 分别表示不写人数据,写入低 数据,写入高 比例是:时,极端情况下如果每次写传输都重发一次, 据,写入 数据。当为高时,由于对应的数据不 则带宽降低/。由于机顶盒芯片在中存储的 写人颗粒,所以此时对应的数据可以是任意值。 ?《电视技术》第卷第期总第期投稿网址://.. 万方数据盯 四鼢硼 烹舞篓焉 统计结果表明写操作中最大翻转比特出现 的概率最大。最大翻转比特大于时出现的概率快速减 小。当读操作和写操作的比例是:时,当设定最 大翻转比特为时,只有.%的数据需要重传, 带宽降低.%;当设定最大翻转比特为时,由于数据 重传带来带宽降低.%;当设定最大翻转比特为 时,由于数据重传带来带宽降低.%。结果表 明可以用较少的带宽代价减少的负面影响。 小结 的工作频率受到多种因素影响。其中接 口的效应是重要的因素之一。低成本的封装在 消费类电子芯片中得到了广泛应用。但是高寄生电感效 应限制了采用封装时的接口速度。 本文利用中的管脚功能,提出对高翻 图 控制器重传流程图 转率的数据进行重发,将比特翻转率减少,从而得到较少 删二二二二二二二二二二二二二二二二二 的控制器的设计方法。分析结果表明这个方法 阻廷 亘二画工姬匠洹巫二埏叵圃 能在不改变封装电感参数的前提下,以较少的接口 压叵亘亟姬叵互×亘?亚回 带宽为代价有效减少,提高接口的工作频率与 图正常写传输截图 系统的鲁棒性。这个方法特别适合应用于低成本的 删亘×卫叵亘二叵卫 阻?叵二二二亘二二匠二二垂二 封装的机顶盒芯片设计。 二二疋二二区二二亟二二亘 图第一次传输截图 参考文献:/.?.:// 阻二二玉匠二二亘二二量二二马 ../////.. 巫二二二亘?二二亘二二二画二., , , 图第二次传输截图 . ,,: 数据是电视图像。图像数据通常具有极高相关性,高翻转 一. 的数据所占比例不高,需要重发的数据量并不大。 .以图为例,统计当以的方式存储的亮度信 , //. ..: :珥. 息时接口上数据的同时翻转比特数。次传输 , , , . 将传送 数据。以每一个像素 计算,一次 //.? 传输将传送个相邻比特的亮度数据。以相邻个像素 ,:. ......: 的亮度数据按照比特组合成一个 的传输数据。每. / ,衄 ? 个传输数据内统计相邻数据的数据跳变的最大比特数。最 . . ..,,:. 后统计最大比特数的概率分布,统计结果见表。 , , , .? ?表最大翻转比特统计分布 ? //.最大翻转睡特概率,% 最大翻转比特撬睾/% 懿黼比特概彰% ,:?. ...: . . . . , . ? . . . 作者简介:. . . 梁骏一,博士生,研究方向为集成电路设计;. . . 张明一,教授,博士生导师,研究方向为信号与信息处理。 . . 责任编辑:许盈 收稿日期:.. 投稿网址://..《电视技术》第卷第期罅期 万方数据