36
© 2009 5 Altera Corporation DDR3 SDRAM ࠾➃⤊ࡢࢫ AN-520-1.1 © 2009 5 DDR3 SDRAM ➃⤊ࡢࢫ ࡌࡣ ࡢࡇࢸࢫࢩࠊࡣࢺࢼࢢࢩࡢࢢࢸ ࡏࡉ᪉ἲ࠸ࡘ࠾ࠊDDR3 SDRAM ࢸࢫࢩ ࡃࡋ ࠋࡍ㧗⥆ࢽࡢࢢᑐᛂSDRAMSynchronous Dynamic Random Access Memory㛗ᖺࡅ⥆ࡋ ࡢࡇࠋࡓࡋSDRAM ࢡࢸࡓࡗDDR3 SDRAM ࠋࡍDDR3 SDRAM ࠊࡣ᪤Ꮡ DDR2 SDRAM つ᱁㒊ศⓗୗᛶ⥔ᣢ ࡀ࡞ࡋOn-Die TerminationODT㸧㑅ᢥᶵ⬟ฟຊࢥࡢࢫ⬟ഛࠊ࠼ᾘ㈝㟁ຊࢹࠊᖏᇦᖜಙရ㉁ᨵၿ3 ୡ௦DDR SDRAM ࠋࡍDDR3 SDRAM ࠊࡣຍ㏿ࡅ⥆ࡋ㏿ࢫࢼࢢࢩࡢࢢࢸ ࡏࡉᶵ⬟ ࠋࡍᶵ⬟DDR2 SDRAM ᪤⏝ ࠊࡀࡍDDR3 SDRAM ࡇࡣᶵ⬟᭦ᙉࠋࡍࠊࡤ࠼ODT ᶵ⬟ ࠊࡣDDR2 SDRAM DDR3 SDRAM ୧᪉⏝ࠊࡀࡍDDR3 SDRAM ODT እ㒊ᢠࡘࠊ RZQ タᐃ ࡢࡇࠋࡍZQ ࠊࡣODT タᐃ⏝ࡅࡔ ࠊࡃ࡞10% ⢭ᗘෆ ODT ࡢࡇࠋࡍ ࠊࡣDDR3 SDRAM ௨ୗ᭦᪂ᶵ⬟᪂ᶵ⬟࠸ࡘ ࠋࡍ ODT 㑅ᢥ ฟຊࡢࢫ㑅ᢥ ZQ ODT DDR3 SDRAM ᥦ౪᪂ᶵ⬟ά⏝Stratix III Stratix IV FPGA ࠊࡣDDR3 SDRAM ࡢࢫᐇ⡆⣲ຠ⋡ ᶵ⬟ ࠋࡍᶵ⬟ᦚ㍕ࡣࡓᮍᦚ㍕ ࠊࡣᶵ⬟ᦚ㍕ ࡓࡋDDR3 SDRAM PHY ᶵ⬟ᦚ ࠸࡞࠸DDR3 SDRAM PHY ᥦ౪ ࠋࡍᶵ⬟ᦚ㍕ JEDEC つ᱁ᐃDDR3 SDRAM DIMM ࠊࡣࢥࠊࢫ ࠾ࠊࢻࢡࡧࡢࢡࡢࡇࠋࡍDDR3 SDRAM ࠊࡣᶵ⬟ ࡓ࠼DDR3 SDRAM ALTMEMPHY ࢩࢡᚲせ ࠶ࡀ ࠋࡍ

DDR3 SDRAM インタフェースの終端 およびレイ … 値は外部抵抗、つまりRZQ 抵抗の値に基づいて設定されます。このZQ 抵抗は、 ODT 値の設定に使用されるだけでなく、抵抗値を10%

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© 2009 年 5 月 Altera Corporation

© 2009 年 5 月

DDR3 SDRAM インタフェースの終端 およびレイアウト・ガイドライン

AN-520-1.1

はじめにこのアプリケーション・ノートは、システムのシグナル・インテグリティを向上させ

る方法についてのガイドライン、および DDR3 SDRAM インタフェースをシステム上

に正しく実装するためのレイアウト・ガイドラインを示しています。

高まり続けるコンピューティングのニーズに対応するために、SDRAM(SynchronousDynamic Random Access Memory)は長年にわたり進化し続けてきました。この SDRAM テクノロジに加わった 新のメモリが DDR3 SDRAM です。DDR3 SDRAM は、既存

の DDR2 SDRAM 規格と部分的に下位互換性を維持しながら、複数の On-Die Termination(ODT)選択機能および出力ドライバ・インピーダンスのコントロール機

能を備え、消費電力、データ帯域幅、信号品質が改善されている第 3 世代の DDRSDRAM ファミリです。

DDR3 SDRAM には、加速し続けるバス速度のシグナル・インテグリティを向上させ

るための機能が備わっています。一部の機能は DDR2 SDRAM で既に使用できますが、

DDR3 SDRAM ではこれらの機能が更に強化されています。例えば、ODT 機能は、

DDR2 SDRAM および DDR3 SDRAM の両方で使用できますが、DDR3 SDRAM では

ODT 値は外部抵抗、つまり RZQ 抵抗の値に基づいて設定されます。この ZQ 抵抗は、

ODT 値の設定に使用されるだけでなく、抵抗値を 10% の精度内に収めるために ODT値のキャリブレーションにも使用されます。このアプリケーション・ノートでは、

DDR3 SDRAM の以下の更新機能や新機能について説明します。

ODT 値の選択

出力ドライバ・インピーダンスの選択

ZQ キャリブレーション

ダイナミック ODT の使用

DDR3 SDRAM で提供されるこれらの新機能を活用するために、アルテラの Stratix III と Stratix IV FPGA には、DDR3 SDRAM インタフェースの実装を簡素化し効率化する

ための特別な機能が備わっています。

レベリング機能の搭載または未搭載アルテラでは、レベリング機能を搭載した DDR3 SDRAM PHY とレベリング機能を搭

載していない DDR3 SDRAM PHY を提供しています。

レベリング機能搭載

JEDEC 規格で定められているとおり、DDR3 SDRAM DIMM では、アドレス、コマン

ド、およびクロックの各信号には必ずフライバイ・トポロジーを使用します。この標

準 DDR3 SDRAM トポロジーでは、リード・レベリングとライト・レベリング機能を

備えたアルテラの DDR3 SDRAM ALTMEMPHY メガファンクションを使用する必要

があります。

DDR3 SDRAM インタフェースの終端およびレイアウト・ガイドライン

暫定サポート

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ページ 2 レベリング機能の搭載または未搭載

f ALTMEMPHY メガファンクションについて詳しくは、「外部 DDR メモリ PHY インタ

フェース・メガファンクション・ユーザーガイド(ALTMEMPHY)」を参照してくだ

さい。

ディスクリート DDR3 SDRAM コンポーネントを使用するときに DDR3 SDRAM の完

全な互換性を保つため、カスタム PCB 上で JEDEC DDR3 μDIMM フライバイ・トポ

ロジーを模倣することをお勧めします。

1 Arria II GX デバイスは、リード・レベリングおよびライト・レベリング機能を搭載し

た DDR3 SDRAM に対応していないため、標準の DDR3 SDRAM フライバイ・アドレ

ス、コマンド、およびクロック・レイアウト・トポロジーを使用した標準の DDR3SDRAM DIMM または DDR3 SDRAM コンポーネントには対応していません。Arria II GX デバイスでの DDR3 SDRAM コンポーネントの使い方について詳しくは、27 ペー

ジの「DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能なし)」を参照してくだ

さい。

レベリング機能を搭載している標準の JEDEC DDR3 フライバイ・トポロジーを使用

すると、次のような利点が得られます。

レイアウトの簡素化

メモリの SSN の低下

データ転送速度の向上

f リード・レベリングとライト・レベリングについて詳しくは、3 ページの「リード・

レベリングおよびライト・レベリング」を参照してください。

レベリング未搭載

アルテラでは、レベリング機能を搭載せず、非標準の同期 DDR2 のようなバランスの

とれたアドレス、コマンド、およびクロック・レイアウト・トポロジーを使用する

DDR3 SDRAM コンポーネントにも対応しています。レベリング機能を搭載していな

い DDR3 SDRAM インタフェースは、標準のフライバイ・トポロジーよりも低い 大

データ転送速度で動作します。レベリング機能を搭載していない DDR3 SDRAM イン

タフェースは、次の理由で有用である場合があります。

アルテラ・デバイス・ファミリは、リード・レベリングとライト・レベリングに

対応していないため、DDR3 SDRAM の DIMM やトポロジーには対応していませ

んが、I/O 規格には対応しています。

レベリング機能を搭載していないDDR3 SDRAM PHYでの PHYレイテンシは一般

的に、レベリング機能を搭載している DDR3 SDRAM PHY より若干低くなります。

レベリング機能を搭載していないDDR3 SDRAM PHYでは、レベリング機能を搭載

している同等の DDR3 SDRAM PHY よりも必要な FPGA リソースが少なくなりま

す。

DDR2 のようなインタフェース・パフォーマンスで十分ですが、DDR3 SDRAM コ

ンポーネントの省電力性、潜在コスト、および可用性といった利点を利用したい

場合に有用です。

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DDR3 と DDR2 の比較 ページ 3

DDR3 と DDR2 の比較以下の項では、DDR2 SDRAM と DDR3 SDRAM の相違点、および DDR3 SDRAM に

対して行われた機能上の変更点について検討します。これらの相違点を理解すれば、

DDR3 SDRAM インタフェースの設計プロセスを簡素化できます。

リード・レベリングおよびライト・レベリング

DDR2 SDRAM と DDR3 SDRAM の主な相違点の 1 つは、レベリング機能の使用です。

シグナル・インテグリティを改善してより高周波な動作に対応するために、クロック、

コマンドおよびアドレス・バス信号のためのフライバイ終端方式が JEDEC 委員会に

より定められました。フライバイ・トポロジーでは、クロック、アドレス、およびコ

マンド信号が DIMM を通過するときに、すべての DRAM でデータとストローブ間に

フライト・タイム・スキューを意図的に発生させることで、同時スイッチング・ノイ

ズ(SSN)を減らします(図 1)。

フライバイ・トポロジーによりフライト・タイム・スキューが発生するため、JEDEC委員会は DDR3 SDRAM に対するライト・レベリング機能を導入しました。このため、

コントローラはバイト・レーンごとにタイミングを調整することにより、このス

キューを補償しなければなりません。

書き込み時には、DIMM 上のコンポーネントに到達するクロックと一致するように、

DQS グループは別々の時刻に起動されますが、メモリ・クロックと DQS 間で定義さ

れる tDQSS タイミング・パラメータに適合する必要があります。

図 1. ライト・レベリングを必要とする DDR3 DIMM フライバイ・トポロジー (注 1)

図 1 の注:

(1) 出典:「Consumer Electronics are Changing the Face of DRAMs」、Jody Defazio 著、Chip Design Magazine、2007 年 6 月 29 日

VTT

DDR3 DIMM

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ページ 4 DDR3 と DDR2 の比較

読み出し動作時には、メモリ・コントローラはフライバイ・トポロジーによって生じ

る遅延を補正する必要があります。Stratix® III および Stratix IV FPGA には、データを

適切にキャプチャするためにアラインメント・レジスタと同期レジスタが入出力エレ

メント(IOE)に組み込まれています。図 2 に、同じリード・コマンドに対して DIMMから戻る 2 つの DQS グループを示します。

f Stratix III デバイスの IOE ブロックについて詳しくは、「Stratix III デバイス・ハンドブッ

ク Volume 1」の「Stratix III デバイスの外部メモリ・インタフェース」の章を参照して

ください。

Stratix IV デバイスの IOE ブロックについて詳しくは、「Stratix IV デバイス・ハンド

ブック Volume 1」の「Stratix IV デバイスの外部メモリ・インタフェース」の章を参照

してください。

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DDR3 SDRAM インタフェースの終端およびレイアウト・ガイドライン ページ 5DDR3 と DDR2 の比較

図2.

リード・

レベリ

ングを

必要

とする

DD

R3

DIM

Mフ

ライ

バイ

・ト

ポロ

ジー

FPG

A

IOE

DFF

I

DFF

A Bneg_

reg_

out

I

DQ

DQ

0 1

DQ

S

CQ

n

DQ

CI

DFF

DQ

DFF

DFF

DQ

DQ

DFF

DQ

DFF

DFF

DQ

DQ

DFF

DQ

(resy

nc_c

lk_2

x)

&DD

R (r

data

0)

(rda

ta1)

(rda

ta2)

(rda

ta3)

(res

ync_

clk_

1x)

0 01 1

data

outb

ypas

s

I/O

DFF

DQ

DFF

DQ

DFF

DQ

DFF

DQ

DFF

DQ

DFF

DQ

DFF

DQ

DFF

DQ

DQ

Sn

IOE

DFF

I

DFF

Inpu

t Reg

A

Inpu

t Reg

B

neg_

reg_

out

I

DQ

DQ

0 1

DQ

S

CQ

n

DQ

Inpu

t Reg

CI

DFF

DQ

DFF

DFF

DQ

DQ

DFF

DQ

DFF

DFF

DQ

DQ

DFF

DQ

(resy

nc_c

lk_2

x)

&DD

R (r

data

0)

(rda

ta1)

(rda

ta2)

(rda

ta3)

(re

sync

_clk

_1x)

0 01 1

data

outb

ypas

s

I/O

DFF

DQ

DFF

DQ

DFF

DQ

DFF

DQ

DFF

DQ

DFF

DQ

DFF

DQ

DFF

DQ

DQ

Sn

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ページ 6 DDR3 と DDR2 の比較

キャリブレーションされた出力インピーダンスと ODTDDR2 SDRAM では、ドライブ強度設定は「フル」と「低」の 2 つのみで、それぞれ

18 Ω と 40 Ω の出力インピーダンスに対応しています。これらの出力ドライブ強度設

定は静的設定であり、キャリブレーションされません。そのため、出力インピーダン

スは、電圧と温度のドリフトに従って変化します。DDR3 SDRAM では、プログラマ

ブル・インピーダンス出力バッファが使用されます。現在、34 Ω と 40 Ω の 2 つのド

ライブ強度設定があります。40 Ω ドライブ強度設定は現在、JEDEC が定義した予約

仕様になっていますが、一部のメモリ・ベンダで提供されているため DDR3 SDRAM 上でも使用可能です。出力インピーダンス設定について詳しくは、それぞれのメモ

リ・ベンダのデータシートを参照してください。ドライブ強度設定は、モード・レジ

スタ 1(MR1)に定義されているメモリ・モード・レジスタ設定をプログラミングし

て選択します。出力ドライバ・インピーダンスをキャリブレーションするためには、

精度の高い外部抵抗 RZQ を ZQ ピンと VSSQ の間に接続します。この抵抗の値は

240 Ω ± 1% でなければなりません。DDR3 SDRAM DIMM を使用している場合、RZQ は DIMM にはんだ付けされているので、RZQ のためにボードをレイアウトする必要

はありません。出力インピーダンスは初期化中に設定されます。電源投入後に出力ド

ライバ・インピーダンスをキャリブレーションするには、DDR3 SDRAM に、初期化

の一部としてキャリブレーション・コマンドとリセット・プロシージャが必要です。

DDR3 SDRAM はコントローラがキャリブレーション・コマンドを発行したときに定

期的に更新されます。

キャリブレーションされた出力インピーダンスだけでなく、DDR3 SDRAM では、同

一の精度の高い外部抵抗RZQ を介してキャリブレーションされたパラレル ODT にも

対応しています。この ODT は、DDR3 SDRAM 内でマージされた出力ドライバ構造体

を使用することで実行でき、DQ と DQS ピンのピン・キャパシタンスの向上にも役立

ちます。DDR3 SDRAM が対応する ODT 値は、RZQ が 240 Ω の場合、20 Ω 、30 Ω 、 40 Ω 、60 Ω 、および 120 Ω となります。

DDR3 SDRAM には、出力ドライバ・インピーダンスと ODT のキャリブレーションに

関するコマンドが 2 つあります。1 つ目のキャリブレーション・コマンドである ZQCALIBRATION LONG(ZQCL)は多くの場合、 初の電源投入時または DDR3 SDRAM がリセット状態にあるときに使用されます。このコマンドにより、出力ドライバ・イ

ンピーダンスと ODT が初期温度および電圧状態にキャリブレーションされ、製造に

よるさまざまなプロセスの変化が補償されます。初期化またはリセット時に ZQCL コ

マンドを発行した場合、完了までに 512 メモリ・クロック・サイクルかかります。そ

れ以外の場合は、完了までに 256 メモリ・クロック・サイクルかかります。2 つ目の

キャリブレーション・コマンドである ZQ CALIBRATION SHORT(ZQCS)は、通常

動作時に、温度または電圧の変化を追跡するために使用されます。ZQCS コマンドの

完了には 64 メモリ・クロック・サイクルかかります。ZQCS コマンドでは修正しき

れないほど多くのインピーダンス・エラーがある場合は、ZQCL コマンドを使用して

ください。

f DDR3 SDRAMでのZQキャリブレーションの使用について詳しくは、Micron社のアプ

リケーション・ノート TN-41-02「DDR3 ZQ Calibration」を参照してください。

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Stratix III および Stratix IV デバイスのダイナミック OCT ページ 7

ダイナミック ODT ダイナミック ODT は、DDR3 SDRAM の新機能なので、DDR2 SDRAM では使用でき

ません。ダイナミック ODT では、モード・レジスタ・セット(MRS)コマンドを発

行しないで ODT 設定を変更できます。ダイナミック ODT を有効にした場合、書き込

み動作がないときには、DDR3 SDRAM は RTT_NORMの終端設定で終端します。書き

込み動作があると、DDR3 SDRAM は RTT_WRの設定で終端します。RTT_NORMおよ

び RTT_WRの値は、モード・レジスタ MR1 と MR2 をプログラミングすることで事前

に設定されます。図 3 に、ダイナミック ODT を有効にした場合の ODT の動作を示し

ます。

2-DIMM DDR3 SDRAM コンフィギュレーションでは、ダイナミック ODT は、アクセ

ス中のモジュールでのジッタの減少に役立ち、セカンダリ・モジュールからの反射を

小限に抑えます。

f DDR3 SDRAM でのダイナミック ODT の使用について詳しくは、Micron 社のアプリ

ケーション・ノート「TN-41-04DDR3 Dynamic On-Die Termination」を参照してくださ

い。

Stratix III および Stratix IV デバイスのダイナミック OCTStratix III および Stratix IV デバイスは、すべての I/O バンクの双方向 I/O に対して、オ

ン・オフ・ダイナミック直列および並列終端に対応しています。ダイナミック OCTは、Stratix III および Stratix IV FPGA デバイスの新機能です。ダイナミック並列終端

は、双方向 I/O がレシーバとして動作するときにのみイネーブルされ、ドライバとし

て動作するときはディセーブルされます。同様に、ダイナミック直列終端は、双方向

I/O がドライバとして動作するときにのみイネーブルされ、レシーバとして動作する

ときはディセーブルされます。

1 また、OCT のダイナミック・コントロール動作は、バッファの出力イネーブル信号と

は分離されています。そのため、アルテラの ALTMEMPHY メガファンクションでは、

読み出しサイクル時にのみ並列 OCT をイネーブルでき、インタフェースがアイドル

状態のときは電力が節約されます。

図 3. ダイナミック ODT:書き込み前後に ODT がアサートされるときの動作 (注 1)

図 3 の注:

(1) 出典:「TN-41-04 DDR3 Dynamic On-Die Termination」、Micron 社

ODTL

ODTL

Don't care

DQS DQS#

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ページ 8 Stratix III および Stratix IV デバイスのダイナミック OCT

データの方向に応じてシグナル・インテグリティが 適化されるので、この機能は任

意の高性能双方向パスを終端するのに役立ちます。また、ダイナミック OCT では、

ODT に対応しているメモリ・デバイス(DDR3 SDRAM など)とともに使用されると

きは、外部終端抵抗が不要になるため、コストを削減できるだけでなくボード・レイ

アウトも簡素化できます。

ただし、Stratix III および Stratix IV FPGA デバイスのダイナミック OCT は、前項で説

明した DDR3 SDRAM のダイナミック ODT とは異なります。これらの機能を同一の

ものとして扱うことはできません。

f Stratix III FPGA のダイナミック OCT 機能について詳しくは、「Stratix III デバイス・ハン

ドブック Volume 1」の「Stratix III デバイスの I/O 機能」の章を参照してください。

Stratix IV FPGA のダイナミック OCT 機能について詳しくは、「Stratix IV デバイス・ハ

ンドブック Volume 1」の「Stratix IV デバイスの I/O 機能」の章を参照してください。

図 4. Stratix III および Stratix IV FPGA デバイス間のダイナミック OCT

50 Ω

VREF = 0.75 V

DDR3 DIMMFPGA

50 Ω

3"

DDR3

R S = 15 Ω

34 Ω

100 Ω

100 Ω

VREF = 0.75 V

VREF = 0.75 V

DDR3 DIMMFPGA

50 Ω

3"

DDR3

R S = 15 Ω

34 Ω

100 Ω

100 Ω

VREF = 0.75 V

50 Ω

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DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の終端 ページ 9

DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の終端以下の項では、アルテラ Stratix III および Stratix IV FPGA デバイスとともに DDR3 SDRAM インタフェースを正しく終端する方法について説明します。

DDR3 SDRAM バッファなし DIMMDDR3 SDRAM インタフェースの も一般的な実装は、バッファなし DIMM です。バッ

ファなし DDR3 SDRAM DIMM は、多くのアプリケーション、特にパソコン(PC)の

アプリケーションで使用されています。DDR3 SDRAM バッファなし DIMM インタ

フェースは、シングル・ランクまたはデュアル・ランクのバッファなし DIMM を用

いて、単一の DIMM や複数の DIMM など、いくつかの組み合わせで実装できます。

バッファなし DIMM フォーム・ファクタだけでなく、これらの終端推奨値は、スモー

ル・アウトライン(SO)DIMM や MicroDIMM にも有効です。

表 1 に、メモリへの書き込み時に、2 スロット DDR3 SDRAM インタフェース、およ

びメモリとコントローラ両方での推奨される ODT 設定のさまざまな組み合わせを示

します。

表 2 に、メモリからの読み出し時に、2 スロット DDR3 SDRAM インタフェース、お

よびメモリとコントローラ両方で推奨される ODT 設定のさまざまな組み合わせを示

します。

表 1. 書き込み時の DDR3 SDRAM ODT の一覧 (注 1)および (2)

スロット 1 スロット 2 書き込み先コントローラ OCT (3)

スロット 1 スロット 2

ランク 1 ランク 2 ランク 1 ランク 2DR DR スロット 1 直列 50 Ω 120 Ω (4) ODT オフ ODT オフ 40 Ω (4)

スロット 2 直列 50 Ω ODT オフ 40 Ω (4) 120 Ω (4) ODT オフ

SR SR スロット 1 直列 50 Ω 120 Ω (4) 未実装 40 Ω (4) 未実装

スロット 2 直列 50 Ω 40 Ω (4) 未実装 120 Ω (4) 未実装

DR エンプティ スロット 1 直列 50 Ω 120 Ω ODT オフ 未実装 未実装

エンプティ DR スロット 2 直列 50 Ω 未実装 未実装 120 Ω ODT オフ

SR エンプティ スロット 1 直列 50 Ω 120 Ω 未実装 未実装 未実装

エンプティ SR スロット 2 直列 50 Ω 未実装 未実装 120 Ω 未実装

表 1 の注:

(1) SR:シングル・ランク DIMM、DR:デュアル・ランク DIMM(2) これらの推奨値は、カリフォルニア州サンノゼで 10 月 3 日~ 4 日に開催された JEDEC DDR3 2007 Conference の「DDR3

ODT and Dynamic ODT」セッションから取得しています。

(3) この場合のコントローラは FPGA です。

(4) ダイナミック ODT が必要です。例えば、メモリ・コントローラがスロット 1 に書き込みを行っているときは、スロット 2 のODT は 40 Ω の低 ODT 値に設定され、結果として終端され、スロット 2 からの任意の反射が最小限に抑えられます。ダイナ ミック ODT を使用しない場合は、スロット 2 は終端されません。

表 2. 読み出し時の DDR3 SDRAM ODT の一覧 (注 1)および (2) (1/2)

スロット 1 スロット 2 読み出し元コントローラ OCT (3)

スロット 1 スロット 2

ランク 1 ランク 2 ランク 1 ランク 2DR DR スロット 1 並列 50 Ω ODT オフ ODT オフ ODT オフ 40 Ω

スロット 2 並列 50 Ω ODT オフ 40 Ω ODT オフ ODT オフ

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ページ 10 DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の終端

DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の DQS、DQ、および DMシングル・ランク DIMM では、DQS および DQ 信号はポイント・ツー・ポイント信

号となります。図 5 に、差動 DQS および DQ 信号のネット構造を示します。DIMM上にはんだ付けされている DQS 信号と DQ 信号にはそれぞれ 15 Ω 外部スタブ抵抗 RS

があります。この抵抗は、複数の DIMM コンフィギュレーションで未使用スロット

からの反射を減衰させるため、信号品質の向上に役立ちます。

SR SR スロット 1 並列 50 Ω ODT オフ 未実装 40 Ω 未実装

スロット 2 並列 50 Ω 40 Ω 未実装 ODT オフ 未実装

DR エンプティ スロット 1 並列 50 Ω ODT オフ ODT オフ 未実装 未実装

エンプティ DR スロット 2 並列 50 Ω 未実装 未実装 ODT オフ ODT オフ

SR エンプティ スロット 1 並列 50 Ω ODT オフ 未実装 未実装 未実装

エンプティ SR スロット 2 並列 50 Ω 未実装 未実装 ODT オフ 未実装

表 2 の注:

(1) SR:シングル・ランク DIMM、DR:デュアル・ランク DIMM(2) これらの推奨値は、カリフォルニア州サンノゼで 10 月 3 日~ 4 日に開催された JEDEC DDR3 2007 Conference の「DDR3

ODT and Dynamic ODT」セッションから取得しています。

(3) この場合のコントローラは FPGA です。JEDEC では通常、60 Ω を推奨していますが、この値は、通常のマザーボード・ト レース・インピーダンスが 60 Ω であること、およびコントローラがこの終端に対応していることを前提としています。アル テラでは、メモリからの読み出し時には 50 Ω の並列 OCT を使用することをお勧めします。

表 2. 読み出し時の DDR3 SDRAM ODT の一覧 (注 1)および (2) (2/2)

スロット 1 スロット 2 読み出し元コントローラ OCT (3)

スロット 1 スロット 2

ランク 1 ランク 2 ランク 1 ランク 2

図 5. 64 ビット DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の DQ および DQS のネット構造 (注 1)

図 5 の注:

(1) 出典:PC3-6400/PC3-8500/PC3-10600/PC3-12800「DDR3 SDRAM Unbuffered DIMM Design Specification」、2007 年 7 月、 JEDEC Solid State Technology Association。図中では信号接続を明確にするため、同一の SDRAM を 2 つの個別 SDRAM とし て描いています。

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DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の終端 ページ 11

7 ページの「ダイナミック ODT」に記載したとおり、DDR3 SDRAM はさまざまな

ODT 値設定を使用したキャリブレーション済み ODT に対応しています。ダイナミッ

ク ODT を有効にしていない場合、RTT_NORMには 40 Ω 、60 Ω 、および 120 Ω という

3 つの ODT 設定が有効です。ダイナミック ODT を有効にした場合は、RTT_NORMに

有効な ODT 設定の数は、20 Ω と 30 Ω が加わり、3 個から 5 個に増えます。表 1 には、

DDR3 SDRAM での推奨 ODT 設定が 120 Ω であることを示しています。DIMM でのト

レース・インピーダンスは 60 Ω となり、120 Ω で DIMM 上の DDR3 SDRAM コンポー

ネントを超過終端させると、製造による DIMM 上のトレース・インピーダンスの変

化が補償されます。

図 6 に、キャリブレーション済み直列 50 Ω の OCT 設定を使用した Stratix III または

Stratix IV FPGAでドライブされる、120 ΩのODT設定を使用したDDR3 SDRAM DIMM の DQ0 における書き込みアイ・ダイアグラムを示します。

レシーバを超過終端すると、負荷インピーダンスとトレース・インピーダンスのミス

マッチにより、レシーバでリンギングが発生します(図 6)。DDR3 SDRAM の ODT 設定を 60 Ω に設定すると、レシーバでのリンギングは少なくなります(図 7)。

図 6. 120 Ω の ODT 設定を使用した DDR3 SDRAM DIMM の書き込みアイ・ダイアグラムのシミュレーション

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ページ 12 DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の終端

表 3 では、Stratix III または Stratix IV FPGA がメモリに書き込みを行っているときの

DDR3 SDRAM(レシーバ)のアイ・ダイアグラムにおける ODT 設定の影響を比較し

ています。

120 Ω の ODT 設定と 60 Ω の ODT 設定のいずれを使用しても優れた信号品質と許容

可能なアイ開口部を得られますが、120 Ω を使用すると、超過終端によりアイの高さ

が増加し、アイの幅に対する影響が 小限に抑えられます。60 Ω の ODT を使用する

とリンギングが少なくなるため、60 Ω の ODT 設定は、本書に記載されているその他

の DDR3 SDRAM DIMM テストに使用されます。図 8 に、アルテラの Stratix III およ

び Stratix IVメモリ・ボードを使用した書き込みアイ・ダイアグラムの測定を示します。

図 7. 60 Ω の ODT 設定を使用した DDR3 SDRAM DIMM の書き込みアイ・ダイアグラムのシミュレーション

表 3. さまざまな ODT 設定を使用した書き込みアイ・ダイアグラム

ODTアイの高さ

(V)アイの幅(ps)

オーバシュート(V)

アンダシュート(V)

120 Ω ODT 0.84 713 — —60 Ω ODT 0.73 715 — —

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DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の終端 ページ 13

測定済みアイ・ダイアグラムは、シミュレーションと相関しています。アイ・ダイア

グラムの中間にある薄い線は、通常動作時のリフレッシュ動作による影響です。これ

らのシミュレーション値と測定値はいくつかの制約に基づいているため、ユーザーは

自身のボード・レベルでシミュレーションを行って、選択した ODT 設定がユーザー

のセットアップに適していることを確認する必要があります。

DDR3 SDRAM バッファなし DIMM のメモリ・クロック

DDR3 SDRAM バッファなし DIMM では、メモリ・クロックは DIMM 上で既に終端

されているので、ボード上に終端を配置する必要はありません。図 9 に、メモリ・ク

ロックのネット構成と終端抵抗 RTT の位置を示します。RTT の値は 36 Ω で、対応する

差動終端値は 72 Ω となります。DDR3 SDRAM DIMM 上には、信号品質を向上させる

ため、差動メモリ・クロック間に 2.2 pF の補償コンデンサ CCOMP も備わっています。

図 8. 60 Ω の ODT 設定を使用した DDR3 SDRAM DIMM の書き込みアイ・ダイアグラムの測定

図 9. 64 ビット DDR3 SDRAM バッファなし DIMM のクロックのネット構造 (注 1)

図 9 の注:

(1) 出典:PC3-6400/PC3-8500/PC3-10600/PC3-12800「DDR3 SDRAM Unbuffered DIMM Design Specification」、2007 年 7 月、 JEDEC Solid State Technology Association。

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ページ 14 DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の終端

図 9 では、3 ページの「リード・レベリングおよびライト・レベリング」に記載した

とおり、DDR3 SDRAM クロックがフライバイ・トポロジーで配線されているため、

ライト・レベリングとリード・レベリングが必要なことがわかります。図 10 には、

Stratix III と Stratix IV FPGA の出力ドライバで 50 Ω の OCT 設定を使用しているバッ

ファなし DIMM 上の 初と 後の DDR3 SDRAM コンポーネントに見られる差動ク

ロックの HyperLynx シミュレーションを示します。

図 10 では、 初の DDR3 SDRAM コンポーネントに見られるメモリ・クロック(黄

色の信号)が、 後の DDR3 SDRAM コンポーネントに見られるメモリ・クロック

(緑色の信号)より1.3 ns、つまり、533 MHzの動作で約0.69 tCK早いことを示しています。

DDR3 SDRAM バッファなし DIMM のコマンドとアドレス

メモリ・クロック信号と同様に、コマンドおよびアドレス信号も DIMM 上で終端さ

れているため、ボード上に終端を配置する必要はありません。図 11 に、コマンドお

よびアドレス信号のネット構成と、39 Ω の終端抵抗 RTT(RTT 値)の位置を示します。

図 10. DIMM 上の最初と最後のコンポーネントにおける DDR3 SDRAM DIMM の差動メモリ・クロック

図 11. 64 ビット DDR3 SDRAM バッファなし DIMM のコマンドおよびアドレスのネット構造 (注 1)

図 11 の注:

(1) 出典:PC3-6400/PC3-8500/PC3-10600/PC3-12800「DDR3 SDRAM Unbuffered DIMM Design Specification」、2007 年 7 月、 JEDEC Solid State Technology Association。

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DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の終端 ページ 15

図 11 では、3 ページの「リード・レベリングおよびライト・レベリング」に記載した

とおり、DDR3 SDRAM のコマンドおよびアドレス信号がフライバイ・トポロジーで

配線されているため、ライト・レベリングとリード・レベリングが必要なことがわか

ります。

図 12 は、Stratix III および Stratix IV FPGA の出力ドライバ上で 25 Ω の OCT 設定を使

用している、バッファなし DIMM 上の 初と 後の DDR3 SDRAM コンポーネントに

見られるコマンドおよびアドレス信号の HyperLynx シミュレーションを示します。

図 12 は、 初の DDR3 SDRAM コンポーネントに見られるコマンドおよびアドレス

信号(緑色の信号)が、 後の DDR3 SDRAM コンポーネントに見られるコマンドお

よびアドレス信号(赤色の信号)より 1.2 ns、つまり、533 MHz の動作で 0.64 tCK 早い

ことを示しています。

Stratix III および Stratix IV FPGA以下の項では、シングル・ランクの単一 DDR3 SDRAM DIMM インタフェース側で使

用される終端について検討し、Stratix III および Stratix IV FPGA デバイスで使用でき

るさまざまな終端機能を使用して DDR3 SDRAM インタフェースのシグナル・インテ

グリティを 適化する方法を調べます。

Stratix III および Stratix IV FPGA の DQS、DQ、および DM7 ページの「Stratix III および Stratix IV デバイスのダイナミック OCT」に記載したと

おり、Stratix III および Stratix IV FPGA ではダイナミック OCT 機能に対応しています。

この機能は、I/O バッファのモードに応じて直列終端を並列終端に切り替えることが

できます。DQS と DQ は双方向信号なので、DQS と DQ はどちらもトランスミッタ

とレシーバになることができます。10 ページの「DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の DQS、DQ、および DM」では、Stratix III または Stratix IV FPGA デバイスが、50 Ω の直列終端に設定されたI/Oバッファを備えたトランスミッタである場合のDQ、DQS、

図 12. 533 MHz 時の最初と最後の DDR3 SDRAM コンポーネントにおける DDR3 SDRAM DIMM のコマンドおよびアドレスのアイ・ダイアグラム (注 1)

図 12 の注:

(1) コマンド/アドレスのシミュレーションは、1.875 ns のビット期間で実行されています。

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ページ 16 DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の終端

および DM の信号品質について説明します。この項では、Stratix III または Stratix IV デバイスがレシーバであり、Stratix III および Stratix IV I/O バッファが 50 Ω の並列終

端に設定されており、メモリがトランスミッタである場合について詳述します。DMは単方向信号なので、DDR3 SDRAM コンポーネントは常にレシーバとなります。レ

シーバの終端推奨値およびトランスミッタの出力ドライブ強度設定について詳しく

は、10 ページの「DDR3 SDRAM バッファなし DIMM の DQS、DQ、および DM」を

参照してください。

図 13 に、Stratix III および Stratix IV FPGA デバイスが、Stratix III および Stratix IV FPGA デバイス上で 50 Ω の並列 OCT 終端を使用して DDR3 SDRAM から読み出しを行って

おり、DDR3 SDRAM ドライバの出力インピーダンスが 34 Ω に設定されているときの

DDR3 SDRAM インタフェースを示します。

図 14 に、Stratix III および Stratix IV FPGA デバイス上で 50 Ω の並列 OCT 設定を使用

した DDR3 SDRAM DIMM からの読み出しのシミュレーションを示します。

図 13. 並列 50 Ω OCT をオンにした場合の DDR3 SDRAM コンポーネントによる Stratix III および Stratix IV FPGA デバイスのドライブ

DDR3

図 14. 並列 50 Ω の OCT 設定を使用した Stratix III および Stratix IV FPGA における DDR3 SDRAM DIMM の読み出しアイ・ダイアグラム

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DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能あり) ページ 17

Stratix III および Stratix IV の並列 50 Ω の OCT 機能を使用すると、レシーバのインピー

ダンスを伝送線路の特性インピーダンスと一致させることができます。これにより、

リンギングを引き起こす任意の反射の発生が防止され、Stratix III および Stratix IV FPGA で明瞭なアイ・ダイアグラムを取得できます。

Stratix III および Stratix IV FPGA のメモリ・クロック

メモリ・クロックは単方向信号です。レシーバの終端推奨値およびトランスミッタの

出力ドライブ強度設定について詳しくは、13 ページの「DDR3 SDRAM バッファなし

DIMM のメモリ・クロック」を参照してください。

Stratix III および Stratix IV FPGA のコマンドとアドレス

コマンドおよびアドレスは単方向信号です。レシーバの終端推奨値およびトランス

ミッタの出力ドライブ強度設定について詳しくは、14 ページの「DDR3 SDRAM バッ

ファなし DIMM のコマンドとアドレス」を参照してください。

概要

この項では、シングル・ランクの単一バッファなし DIMM を使用した DDR3 SDRAM インタフェースの実装に使用される終端について説明します。メモリ・クロック、ア

ドレスおよびコマンドなどの単方向信号の終端は、DIMM 上に配置されるため、ボー

ド上に終端を配置する必要はありません。また、DDR3 SDRAM 上で ODT 機能を使用

し、Stratix III および Stratix IV FPGA デバイスのダイナミック OCT 機能を使用するこ

とで、外部終端抵抗は一切不要になります。そのため、DDR2 SDRAM インタフェー

スのレイアウトに比べ、DDR3 SDRAM インタフェースのレイアウトは簡素化されま

す。

DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能あり)DDR3 SDRAM インタフェースを実装するには、DDR3 SDRAM DIMM を使用できる

だけでなく、DDR3 SDRAM コンポーネントも使用できます。ただし、ボード面積に

制限があるアプリケーションでは、DDR3 SDRAMコンポーネントを使用するとDIMM コネクタが不要になり、コンポーネント同士をより近くに配置できるため、集積度の

高いレイアウトが可能になります。

DDR3 SDRAM コンポーネント

DDR3 SDRAM バッファなし DIMM は、JEDEC 仕様で定められています。JEDEC 仕

様は、JEDEC 団体の Web サイト(www.JEDEC.org)またはメモリ・ベンダから入手

可能です。ただし、ディスクリート SDRAM コンポーネントを使用して DDR3 SDRAM インタフェースを設計する場合は、DIMM 仕様とは異なるレイアウト方式が望まれる

ことがあります。これには以下の 2 つの選択肢があります。

メモリ・クロック、アドレス信号およびコマンド信号にフライバイ・トポロジー

を使用して標準の DDR3 SDRAM DIMM を模倣する。この選択肢では、リード・

レベリングとライト・レベリングが必要となるため、レベリング機能を搭載して

いる ALTMEMPHY メガファンクションを使用する必要があります。

f フライバイ・コンフィギュレーションについて詳しくは、本章を読み進

めてください。

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ページ 18 DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能あり)

メモリ・クロック、アドレス信号およびコマンド信号にバランスのとれた(シン

メトリカルな)ツリー構成のトポロジーを使用して標準の DDR3 SDRAM DIMM を模倣する。このトポロジーを使用すると、コマンド、アドレス、およびクロッ

クに望ましくないスタブが付加されるため、シグナル・インテグリティが低下し、

DDR3 SDRAM インタフェースのパフォーマンスが制限されます。

f 非標準のシンメトリカルなコンフィギュレーションの使用について詳し

くは、27 ページの「DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング

機能なし)」を参照してください。

DDR3 SDRAM コンポーネントの DQS、DQ、および DMStratix III または Stratix IV デバイスを使用して DDR3 SDRAM インタフェースをレイ

アウトする場合、DQS、DQ、および DM はポイント・ツー・ポイント接続であるた

め、それぞれの DQS、DQ、および DM 信号に 15 Ω のスタブ直列抵抗を配置する必

要はありません。そのため、推奨される DQS、DQ、および DM トポロジーは、Stratix III または Stratix IV FPGA が DDR3 SDRAM に書き込みを行っているときに見られます

(図 15)。

DDR3 SDRAM コンポーネントを使用しているときは、DIMM コネクタは不要です。

そのため、インピーダンスの不連続性が 小限に抑えられ、結果としてシグナル・イ

ンテグリティが向上します。図 16 に、キャリブレーション済み直列 50 Ω の OCT 設

定を使用した Stratix III または Stratix IV FPGA でドライブされる、120 Ω の ODT 設定

を使用した DDR3 SDRAM コンポーネントの DQ0 における書き込みアイ・ダイアグ

ラムのシミュレーションを示します。

図 15. Stratix III および Stratix IV FPGA による DDR3 SDRAM コンポーネントへの書き込み

3"

DDR3

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Page 19: DDR3 SDRAM インタフェースの終端 およびレイ … 値は外部抵抗、つまりRZQ 抵抗の値に基づいて設定されます。このZQ 抵抗は、 ODT 値の設定に使用されるだけでなく、抵抗値を10%

DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能あり) ページ 19

同様に、図17には、キャリブレーション済み直列50 ΩのOCT設定を使用したStratix III または Stratix IV FPGA でドライブされる、60 Ω の ODT 設定を使用した DDR3 SDRAM コンポーネントの DQ0 における書き込みアイ・ダイアグラムのシミュレーションを

示します。

表 4 では、Stratix III または Stratix IV FPGA がメモリに書き込みを行っているときの

DDR3 SDRAM(レシーバ)のアイ・ダイアグラムにおける直列スタブ抵抗の影響を

比較しています。

図 16. 120 Ω の ODT 設定を使用した DDR3 SDRAM コンポーネントの書き込みアイ・ダイアグラム

図 17. 60 Ω の ODT 設定を使用した DDR3 SDRAM コンポーネントの書き込みアイ・ダイアグラム

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Page 20: DDR3 SDRAM インタフェースの終端 およびレイ … 値は外部抵抗、つまりRZQ 抵抗の値に基づいて設定されます。このZQ 抵抗は、 ODT 値の設定に使用されるだけでなく、抵抗値を10%

ページ 20 DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能あり)

DDR3 SDRAMコンポーネントのレシーバに到達する信号を減衰させるための15 Ωの

スタブ直列抵抗がない場合、このコンポーネントのレシーバの信号は、DIMM のレ

シーバの信号より高くなります(図 6 および図 7)。

DDR3 SDRAM コンポーネントのメモリ・クロック

DDR3 SDRAM コンポーネントを使用する場合、DIMM の差動メモリ・クロック間の

補償コンデンサと差動終端抵抗を考慮する必要があります。図 18 には、2.2 pF の補

償コンデンサを用いず、Stratix III と Stratix IV FPGA の出力ドライバで 50 Ω の OCT 設

定を使用して、ボード上でフライバイ・トポロジーを使用している 初と 後の DDR3SDRAM コンポーネントに見られる差動クロックの HyperLynx シミュレーションを示

します。

補償コンデンサがない場合、 初のコンポーネントのメモリ・クロック(黄色の信号)

のリンギングは多大となりますが、補償コンデンサがある場合は、このリンギングは

減衰されます。同様に、差動終端抵抗も設計に含める必要があります。ボードの積層

数およびレイアウト要件に応じて、差動終端抵抗値を選択してください。図 19 に、

ボード上でフライバイ・トポロジーを使用し、DIMM 内で 72 Ω の代わりに 100 Ω で

終端した 初と 後の DDR3 SDRAM コンポーネントに見られる差動クロックの

HyperLynx シミュレーションを示します。

表 4. さまざまな ODT 設定を使用した、RS を使用した場合としない場合のシミュレーション済み書き込みアイ・ダイアグラム

ODTアイの高さ

(V)アイの幅(ps)

オーバシュート(V)

アンダシュート(V)

120 Ω ODT(RS あり) 0.84 713 — —

60 Ω ODT(RS あり) 0.73 715 — —

120 Ω ODT(RS なし) 0.95 734 — —

60 Ω ODT(RS なし) 0.83 737 — —

図 18. ボード上でフライバイ・トポロジーを使用し、最初と最後のコンポーネントで補償コンデンサを使用しない DDR3 SDRAM コンポーネントの差動メモリ・クロック

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Page 21: DDR3 SDRAM インタフェースの終端 およびレイ … 値は外部抵抗、つまりRZQ 抵抗の値に基づいて設定されます。このZQ 抵抗は、 ODT 値の設定に使用されるだけでなく、抵抗値を10%

DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能あり) ページ 21

72 Ω の代わりに 100 Ω で終端すると、ピーク・ツー・ピーク振幅が若干減衰します。

設計を簡素化するため、バッファなし DDR3 SDRAM DIMM には、JEDEC 仕様で概説

されている終端をガイドとして使用し、シミュレーションを行って、バッファなし

DDR3 SDRAM DIMM の終端により 適な信号品質が得られていることを確認してく

ださい。

差動終端の値を選択するだけでなく、メモリ・クロックのトレース長も考慮する必要

があります。ボード上で DDR3 SDRAM コンポーネントを使用して設計する際の 初

と 後のコンポーネント間のフライト・タイム・スキューの仕様は定められていませ

ん。アルテラの DDR3 ALTMEMPHY メガファンクションでは現在のところ、1 tCK ま

でのフライト・タイム・スキューにしか対応していません。アルテラの DDR3ALTMEMPHY メガファンクションを使用して DDR3 SDRAM インタフェースを作成

する場合は、メモリ・クロックのフライト・タイム・スキューが 1 tCK を超えていな

いことを確認してください。

1 DDR3 SDRAM コンポーネントのレイアウト・ガイドラインについて詳しくは、24 ペー

ジの「レイアウトに関する考慮事項(レベリング機能あり)」を参照してください。

DDR3 SDRAM コンポーネントのコマンドとアドレス

メモリ・クロック信号と同様に、DDR3 SDRAM コンポーネントを使用する際にはコ

マンドとアドレス信号に対する終端抵抗を考慮する必要があります。ボードの積層数

およびレイアウト要件に応じて、終端抵抗値を選択してください。図 20 に、ボード

上でフライバイ・トポロジーを使用し、DIMM 内で 39 Ω の代わりに 60 Ω で終端した

初と 後の DDR3 SDRAM コンポーネントに見られるコマンドとアドレスの

HyperLynx シミュレーションを示します。

図 19. ボード上でフライバイ・トポロジーを使用し、最初と最後のコンポーネントにおいて 100 Ω で終端された DDR3 SDRAM DIMM の差動メモリ・クロック

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Page 22: DDR3 SDRAM インタフェースの終端 およびレイ … 値は外部抵抗、つまりRZQ 抵抗の値に基づいて設定されます。このZQ 抵抗は、 ODT 値の設定に使用されるだけでなく、抵抗値を10%

ページ 22 DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能あり)

39 Ω の代わりに 60 Ω で終端すると、 初のコンポーネントの信号(緑色の信号)で

アイが閉じますが、 後のコンポーネントの信号(赤色の信号)には影響しません。

ディスクリート DDR3 SDRAM コンポーネントの設計を簡素化するため、バッファな

し DDR3 SDRAM DIMM には JEDEC 仕様で概説されている終端をガイドとして使用

して、シミュレーションを行い、バッファなし DDR3 SDRAM DIMM の終端により

適な信号品質が得られていることを確認してください。

メモリ・クロックと同様に、コマンドとアドレス信号がメモリ・クロックのフライ

ト・タイム・スキューと合致するように、これらの信号のトレース長を考慮する必要

があります。

Stratix III および Stratix IV FPGA以下の項では、DDR3 SDRAM コンポーネント・インタフェース側で使用される終端

について説明し、Stratix III および Stratix IV FPGA デバイスで使用できるさまざまな

終端機能を使用して、お使いの DDR3 SDRAM インタフェースのシグナル・インテグ

リティを 適化する方法について検討します。

Stratix III および Stratix IV FPGA の DQS、DQ、および DM の終端

15 ページの「Stratix III および Stratix IV FPGA の DQS、DQ、および DM」で説明した

シナリオと同様に、Stratix III および Stratix IV FPGA デバイスはレシーバであり、

Stratix III および Stratix IV I/O バッファが 50 Ω の並列終端に設定されており、メモリ

がトランスミッタであるとします。15 ページの「Stratix III および Stratix IV FPGA の

DQS、DQ、および DM」に示した手順とこの項に示す手順の相違点は、DQS、DQ、

および DM 信号に対して直列スタブ抵抗がないことです。DM は単方向信号なので、

DDR3 SDRAM コンポーネントは常にレシーバとなります。レシーバの終端推奨値お

よびトランスミッタの出力ドライブ強度設定について詳しくは、18 ページの「DDR3SDRAM コンポーネントの DQS、DQ、および DM」を参照してください。

図 20. 533 MHz 時の最初と最後の DDR3 SDRAM コンポーネントにおける、ボード上でフライバイ・トポロジーを使用し、60 Ω で終端した DDR3 SDRAM コンポーネントのコマンドおよびアドレスのアイ・ダイアグラム

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Page 23: DDR3 SDRAM インタフェースの終端 およびレイ … 値は外部抵抗、つまりRZQ 抵抗の値に基づいて設定されます。このZQ 抵抗は、 ODT 値の設定に使用されるだけでなく、抵抗値を10%

DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能あり) ページ 23

図 21 に、Stratix III および Stratix IV FPGA デバイスが、Stratix III および Stratix IV FPGA デバイス上で 50 Ω の並列 OCT 終端を使用して DDR3 SDRAM から読み出しを行って

おり、15 Ω の直列スタブ抵抗を使用せずに、DDR3 SDRAM ドライバの出力インピー

ダンスが 34 Ω に設定されているときの DDR3 SDRAM インタフェースを示します。

図 22 では、Stratix III または Stratix IV FPGA デバイス上で 50 Ω の並列 OCT 設定を使

用した DDR3 SDRAM DIMM からの読み出しのシミュレーションを示しています。

表 5 では、Stratix III または Stratix IV FPGA がメモリから読み出しを行っているとき

の Stratix III および Stratix IV FPGA(レシーバ)のアイ・ダイアグラムにおける直列

スタブ抵抗の影響を比較しています。

図 21. 並列 50 Ω OCT をオンにした場合の DDR3 SDRAM コンポーネントによる Stratix III および Stratix IV FPGA デバイスのドライブ

3"

DDR3

図 22. 並列 50 Ω の OCT 設定を使用した Stratix III および Stratix IV FPGA における DDR3 SDRAM コンポーネントの読み出しアイ・ダイアグラム

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Page 24: DDR3 SDRAM インタフェースの終端 およびレイ … 値は外部抵抗、つまりRZQ 抵抗の値に基づいて設定されます。このZQ 抵抗は、 ODT 値の設定に使用されるだけでなく、抵抗値を10%

ページ 24 DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能あり)

信号を減衰させるための 15 Ω のスタブ直列抵抗がない場合、18 ページの「DDR3 SDRAM コンポーネントの DQS、DQ、および DM」の書き込みアイ・ダイアグラム

と同様に、DDR3 SDRAM コンポーネントからドライブされる Stratix III および Stratix IV FPGA のレシーバの信号は、DDR3 SDRAM DIMM によってドライブされる Stratix III および Stratix IV FPGA のレシーバの信号より高くなります(図 13)。

Stratix III および Stratix IV FPGA のメモリ・クロックの終端

メモリ・クロックは単方向信号です。レシーバの終端推奨値およびトランスミッタの

出力ドライブ強度設定について詳しくは、20 ページの「DDR3 SDRAM コンポーネン

トのメモリ・クロック」を参照してください。

Stratix III および Stratix IV FPGA のコマンドとアドレスの終端

コマンドおよびアドレスは単方向信号です。レシーバの終端推奨値およびトランス

ミッタの出力ドライブ強度設定について詳しくは、21 ページの「DDR3 SDRAM コン

ポーネントのコマンドとアドレス」を参照してください。

概要

この項では、ディスクリートDDR3 SDRAMコンポーネントを使用したDDR3 SDRAM インタフェースの設計で 適なパフォーマンスを得るために使用される終端につい

て説明します。単方向信号に対しての終端を含める必要がありますが、フライバイ・

デイジー・チェイン・トポロジーを使用するので、ディスクリート DDR3 SDRAM コ

ンポーネントを使用した DDR3 SDRAM の全体的なレイアウトは、ディスクリート

DDR2 SDRAM コンポーネントを使用した DDR2 SDRAM インタフェースに比べて容

易です。設計プロセスを簡素化するため、JEDEC が提供する DDR3 SDRAM バッファ

なし DIMM の仕様を使用してください。これは、DIMM コンフィギュレーションで

使用されるトレース長と終端値を使用すれば、優れた信号品質が得られるためです。

レイアウトに関する考慮事項(レベリング機能あり)

この項では、DDR3 SDRAM インタフェースの設計に関する全般的なレイアウト・ガ

イドラインについて説明します。このレイアウト・ガイドラインは、ボード・レイア

ウトの計画に役立ちますが、必ず順守すべき厳密なルールではありません。各自の

ボード・レベルでシミュレーションを行い、ボードに選択したレイアウトによって希

望のパフォーマンスが得られることを確認するようお勧めします。

トレース・インピーダンス

シングル・エンド信号トレースのレイアウトは、50 Ω とし、差動信号トレースは 100 Ω (許容範囲:± 10%)としてください。使用しないビア・パッドは不要なキャパシタン

スを発生させるので取り外してください。

表 5. RS を使用した場合と使用しない場合の、50 Ω の並列 OCT を使用した読み出しアイ・ダイアグラム

ODTアイの高さ

(V)アイの幅(ps)

オーバシュート(V)

アンダシュート(V)

RS あり 0.70 685 — —

RS なし 0.73 724 — —

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DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能あり) ページ 25

デカップリング

インダクタンスを 小限に抑えるために、0402 以下のサイズのコンデンサで 0.1 µF を

使用してください。VTT 電圧デカップリングは、DDR3 SDRAM コンポーネントおよ

びプルアップ抵抗の近くに配置してください。デカップリング・コンデンサは、VTT

ピンに対して 1 つおきに 0.1 µF のコンデンサを使用して、VTT とグラウンドの間に接

続してください。VDD および VDDQ には、0.1 µF および 0.01 µF のコンデンサを VDD と

VDDQ ピンに 1 つおきに使用してください。

電源

1.5 V のグラウンド、および 0.75 V をプレーンとして配線してください。シングル・

スプリット・プレーンのメモリには、20 ミル(0.508 mm)以上の間隔を空けて VCCIO

を配線してください。VTT をアイランドとして配線するか、250 ミル(6.35 mm)の電

源トレースを配線してください。オシレータと PLL 電源をアイランドとして配線する

か、100 ミル(2.54 mm)の電源トレースを配線してください。

全体的な配線ガイドライン

45° の角度で配線してください。90° で配線しないでください。重要な信号をスプリッ

ト・プレーンを横切るように配線しないでください。適切な VCC およびグラウンド・

プレーンを配線してください。メモリ信号は、メモリ・クロックに 25 ミル(0.635 mm)

以上近づけて配線しないでください。信号配線層は、グラウンド・プレーンおよび電

源プレーンの近くに配置してください。

クロック配線ガイドライン

内側の層のクロックは、外側の層の配線長を 500 ミル(12.7 mm)未満にして配線し

てください。

0.5 インチ未満の並列配線の場合、10 ミル間隔

(トレースとプレーン間の距離の 2 倍)

0.5 インチ~ 1.0 インチの並列配線の場合、15 ミル間隔

(トレースとプレーン間の距離の 3 倍)

1 インチ~ 6 インチの並列配線の場合、20 ミル間隔

(トレースとプレーン間の距離の 4 倍)

クロックは、クロック・ペア間の長さを± 25 ミル(0.635 mm)で一致させておく必

要があります。差動クロックは、並列配線時に、正信号と負信号間の長さを± 10 ミ

ル(0.254 mm)で一致させておく必要があります。差動ペア間の間隔は、ロスを 小

限に抑えて配線容量を 大化するために、差動ペアのトレース幅の 2 倍以上にする必

要があります。 初の SDRAM から 後の SDRAM までの 大長は、JEDEC がバッ

ファなし DIMM に対して定めているクロックの 大長と同じ 6 インチ(約 153 mm)

以下にする必要があります。 大クロック長の仕様は、バッファなし DIMM に対し

てのみ有効です。他の DIMM コンフィギュレーションでは、 大クロック長が異な

る可能性がありますので、必要な JEDEC 仕様を確認してください。例えば、JEDECでは、SODIMM の 大クロック長は 6.5 インチ(約 166 mm)と定められています。

例えば、差動クロックは、異なった形態(トレース幅:5 ミル、中央部の間隔:10 ~

15 ミル、およびアドレス/コマンド・グループの信号と同じ長さ)で配線する必要が

あります。クロック・トレースに使用されるビア・パターンに注意してください。伝

送線路とビアのミスマッチを避けるため、クロック・ビア・パターンを

Ground-Signal-Signal-Ground(GSSG)トポロジーとすることをお勧めします(ビア・

トポロジー:GND | CLKP | CLKN | GND)。

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ページ 26 DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能あり)

アドレスおよびコマンドの配線ガイドライン

DDR3 SDRAM でのクロック信号と同様に、アドレスとコマンド信号は、 初の

SDRAM から 後の SDRAM へデイジー・チェイン・トポロジーで配線されます。

初の DRAM から 後の DRAM までの 大長は、JEDEC がバッファなし DIMM に対

して定めているクロックの 大長と同じ 6 インチ(約 153 mm)未満とする必要があ

ります。必ず、各ネットで同じ連続順を維持するようにしてください。バッファなし

DIMM は、クロストークに対する感受性が高く、通常バッファあり DIMM よりノイ

ズが多くなります。バッファなし DIMM のアドレスとコマンド信号は、DQ と DM と

は別の層に、更に間隔を空けて配線してください。差動クロック信号とクロック・イ

ネーブル信号は、アドレス信号の近くに配線しないでください。アドレスとコマンド

はすべて、± 125 ミル(± 3.175 mm)以内でクロック信号と一致するように各ディ

スクリート・メモリ・コンポーネントに配線してください。図 23 に、DDR3 SDRAM の配線ガイドラインを示します。

x = y ± 125 ミル

x + x1 = y + y1 ± 125 ミル

x + x1 + x2 = y + y1 + y2 ± 125 ミル

DQ、DQS、および DM の配線ガイドライン

特定のバイト・レーン・グループ内にあるすべての信号の長さは、± 50 ミル

(± 1.27 mm)を 大偏差として一致させる必要があります。バイト・レーン・グルー

プとバイト・グループの偏差は 大± 150 ps または± 0.8 インチ(± 20 mm)に抑え

てください。SSN を減少させるために、連続した SDRAM 間の、各アドレス、コマン

ド、またはクロックの遅延時間の増分± 25 ps(0.125 インチ)を加えた値とバイト・

レーン長が一致しないようにすることをお勧めします。これを超えた場合、DQ バイ

ト・グループがアドレスおよびコマンド・グループでの長さの増加と一致し、ライ

ト・レベリングにより、すべての DQ グループの出力が書き込み時に FPGA で同時に

切り替わります。

他のすべての信号は、次に示すように、他のネットとの並列処理に基づいた間隔で維

持してください。

0.5 インチ未満の並列配線の場合、5 ミル(プレーンの距離に対して約 1 倍の相対間

隔)

0.5 インチ~ 1.0 インチの並列配線の場合、10 ミル(プレーンの距離に対して約 2 倍

の相対間隔)

1.0 インチ~ 6.0 インチの並列配線の場合、15 ミル(プレーンの距離に対して約 3 倍

の相対間隔)

図 24 に、DDR3 SDRAM コンポーネントの DQ、DQS、および DM のガイドラインを

示します。

X > 2 + 1+ 0.125 インチ

図 23. DDR3 SDRAM コンポーネントの配線ガイドライン

DDR3 SDRAM

FPGAx

yDDR3 SDRAM

6

x1

y1DDR3 SDRAM

x2

y2DDR3 SDRAM

x3 VTT

VTTy3

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DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能なし) ページ 27

X < 2 + 1 – 0.125 インチ

そのため、2.875 インチ < X < 3.125 インチの範囲の長さにならないようにしてくだ

さい。

終端

以前の項では、DQS、DQS#、DQ、および DM に対して DDR3 SDRAM の ODT およ

び Stratix III と Stratix IV のダイナミック OCT の組み合わせを使用しました。この方

法では、外部終端が不要になるため、部品(BOM:bill-of-materials)コストと PCB サ

イズの両方が削減されます。

DIMM を使用する場合、メモリ・クロック、アドレス、およびコマンドの終端につい

ては懸念はありません。コンポーネントを使用する場合は、アドレスとコマンドに対

するフライバイ・デイジー・チェイン・トポロジーの 後で VTT への 40 Ω の外部並

列終端を使用します。メモリ・クロックの場合、メモリ・クロックに対するフライバ

イ・デイジー・チェイン・トポロジーの 後で 75 Ω 差動の外部並列終端を使用しま

す。フライバイ・デイジー・チェイン・トポロジーを使用すると、スタブの反射を削

減できます。終端までのトレース長は 0.5 インチ(14 mm)以内に抑えてください。1 ~ 2% の許容範囲で抵抗を使用してください。

DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能なし)アルテラでは、レベリング機能を搭載していない PHY を使用した DDR3 SDRAM コ

ンポーネントの使用に対応しています。

レベリング機能を搭載していない PHY を使用するには、PCB 上に DDR3 SDRAM コ

ンポーネントを DDR2 のようなトポロジーでレイアウトしてください。レベリング機

能を搭載していない DDR3 SDRAM コンポーネントを動作させるには、より厳しいレ

イアウト・ルールに従い、より複雑なトポロジーを使用する必要があります。この項

では、このような終端およびレイアウトの要件について説明します。

DDR3 SDRAM コンポーネント

この章では、コマンド、アドレス、およびクロックの各信号に対して非標準の DDR2のようなバランスのとれた(シンメトリカルな)トポロジーを実装する方法を説明し

ます。この代替トポロジーを使用すると、アドレス、コマンド、およびクロックの各

信号に望ましくないスタブが付加されるため、シグナル・インテグリティが低下し、

DDR3 SDRAM インタフェースのパフォーマンスが制限されます。

図 24. DDR3 SDRAM コンポーネントの DQ、DQS、DM の配線ガイドライン

DDR3 SDRAM

FPGA

DQ 0DQ 1DQ 2DQ 3

2

2

2X

1

1DDR3 SDRAM DDR3 SDRAM DDR3 SDRAM

VTT

VTT

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ページ 28 DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能なし)

DDR3 SDRAM コンポーネントの DQS、DQ、および DMレベリング機能を搭載していない DDR3 SDRAM PHY では、DQS、DQ、および DM 信号にレベリング機能を搭載している DDR3 SDRAM と同じトポロジーと終端設定を

使用します(18 ページの「DDR3 SDRAM コンポーネントの DQS、DQ、および DM」

を参照)。ただし、これらの信号のトポロジーと終端はまったく同一ですが、バラン

スのとれたコマンド、アドレス、およびクロック信号を得るためにレイアウト・ルー

ルが異なります。レベリング機能の搭載されていない DDR3 SDRAM インタフェース

では、DQ グループ間のタイミングを更に厳しくする必要があります(32 ページの

「レイアウトに関する考慮事項(レベリング機能なし)」を参照)。

DDR3 SDRAM コンポーネントのメモリ・クロック

レベリング機能を搭載していない DDR3 SDRAM インタフェースのメモリ・クロック

は、DDR2 SDRAM タイプのインタフェースと同じトポロジー・ガイドラインに従わ

なければなりません。ただし、SSTL18 ではなく SSTL15 タイプの信号送信が使用さ

れます。

f 詳細は、「AN 408: DDR2 Memory Interface Termination, Drive Strength, Loading, and Design Layout Guidelines」を参照してください。

DDR3 SDRAM インタフェースが単一コンポーネントに接続されている場合は、配線

のコンポーネントの 後に 100 Ω の差動ターミネータを配置した単純なポイント・

ツー・ポイント・トポロジーを使用できます。

ほとんどのインタフェースでは、2 個、4 個、または 8 個の DDR3 SDRAM コンポー

ネントを使用するため、すべてのトレース・セグメントがパスごとにバランスがとれ

る平衡 T 型配線パターンを使用してください。 初の DDR3 SDRAM コンポーネント

までのトータル・トレース長は、 後のコンポーネントとまったく同じですので、コ

ンポーネントごとのトレース遅延は同一となり、反射の制御に役立ちながら確実にタ

イミングを一致させることができます。

100 Ω の抵抗を使用して、配線のコンポーネントの 後でクロックを差動終端させま

す。複数の DDR3 SDRAM コンポーネントがある場合は、平衡 T 型トポロジーを使用

してクロックを分割してください。100 Ω の終端抵抗は、T 字の 初の分岐に配置す

るか(図 25 を参照)、抵抗値を上げて DDR3 SDRAM コンポーネントの各セグメント

の 後に抵抗を配置してください(図 26 を参照)。一般的に、2 個のセグメントには

200 Ω の抵抗が必要で、4 個のセグメントには 400 Ω の抵抗が必要です。ただし、お

使いの特定のトポロジーをシミュレーションして正しい値であることを確認するこ

とをお勧めします。

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DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能なし) ページ 29

負荷により、メモリ・クロックのスルー・レートを大幅に低下させてはならないので、

1 つの差動クロック・ペアで 4 個を超えるコンポーネントをドライブしないようにす

るのが理想的です。単一のクロック・ペアで 8 個以上の DDR3 SDRAM コンポーネン

トをドライブする場合は、セットアップとホールドのディレーティングを行って正確

なタイミング解析を行う必要があります。ディレーティングおよび 終的なタイミン

グ解析を行えるように、ボードを完成させる前に、提案されているトポロジーをシ

ミュレーションすることをお勧めします。DDR3 のセットアップとホールドのディ

レーティングにより、任意のデバイスまたはスピード・グレードの組み合わせで規定

より低いインタフェース周波数となる場合があります。

図 25. 終端抵抗の配置―最初の分岐

図 26. 終端抵抗の配置―各セグメントの最後

CK

CK#

SDRAM

CK

TL1 R = 100 ΩCK#

FPGA

TL3

TL2

TL2

CK

CK#

SDRAMTL3

CK

CK#

SDRAM

CK

TL1

CK#

FPGA

R = 200 Ω

R = 200 Ω

TL3

TL2

TL2

CK

CK#

SDRAMTL3

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ページ 30 DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能なし)

DDR3 SDRAM コンポーネントのコマンドとアドレス

コマンドとアドレス信号のトポロジーはメモリ・クロックと似ているため、すべての

トレース・セグメントがパスごとにバランスをとれる平衡 T 型配線パターンを使用し

てください。8 個または 16 個の負荷がよく使用されるため、アドレスとコマンド信号

への負荷は一般的に大きくなります。DDR2 バッファなし DIMM ロー・カード A ~

C に対して JEDEC が使用しているトポロジーでは 良の結果が得られるため、この

トポロジーを模倣してください。

DDR2 バッファなし DIMM ロー・カード D、E、および F に対して JEDEC が使用し

ているトポロジーは使用しないでください。ロー・カード D のトポロジーでは、一般

的に負荷の共振が起こるためタイミング・マージンが減少します。更に、ロー・カー

ド E および F は平面のソリューションを使用しているため、シンメトリカルなバラン

スのとれたツリーではなく、やはりタイミング・マージンが減少する可能性がありま

す。

コマンドとアドレス信号は必ず、50 Ω の抵抗を使用して VTT へ終端してください。こ

の単一の 50 Ω 抵抗は、必ず T 字の 初の分岐に配置してください(図 27)。

図 27. 50 Ω 抵抗の配置

TL1

1 T = TL1 + TL2

2 T = TL3 + TL4

SDRAM TL5

TL6

TL5

TL2

TL2

TL3

TL4

TL4

TL3

TL4

TL4

SDRAMTL5

SDRAM

TL5SDRAM

TL5SDRAM

VTT

TL5SDRAM

TL5SDRAM

TL5SDRAM

TL5SDRAM

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DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能なし) ページ 31

Stratix III および Stratix IV FPGA以下の項では、お使いの DDR3 SDRAM インタフェースで 適のシグナル・インテグ

リティを得るために、DDR3 SDRAM コンポーネント・インタフェース側で使用され

る終端、およびレベリング機能を搭載していない PHY を使用したときに Stratix III お

よび Stratix IV FPGA で使用できるさまざまな終端機能について説明します。

Stratix III および Stratix IV FPGA の DQS、DQ、および DM の終端

DQS、DQ、および DM 信号の終端とトポロジーはまったく同一のものです。レベリ

ング機能を搭載した DDR3 SDRAM PHY を選択するか、レベリングを搭載していない

DDR3 SDRAM PHY を選択するかは、アドレス、コマンド、およびクロックの終端方

法にのみ影響します(15 ページの「Stratix III および Stratix IV FPGA の DQS、DQ、お

よび DM」を参照)。

さまざまなタイミング要件があるため、DQS、DQ、および DM のレイアウト(トレー

ス・マッチング)制約もさまざまです(32 ページの「レイアウトに関する考慮事項

(レベリング機能なし)」を参照)。

Stratix III および Stratix IV FPGA のメモリ・クロックの終端

メモリ・クロックは単方向信号です。レベリング機能を搭載していない DDR3 SDRAM コンポーネントを使用する場合は、差動 SSTL18 クラス I を差動 SSTL15 クラス I に置き換えて、DDR2 SDRAM コンポーネントに使用する終端とトポロジーを模倣して

ください。

f 詳細は、AN 408「DDR2 Memory Interface Termination, Drive Strength, Loading, and Design Layout Guidelines」を参照してください。

Stratix III および Stratix IV FPGA のコマンドとアドレスの終端

コマンドおよびアドレスは単方向信号です。レベリング機能を搭載していない DDR3SDRAM コンポーネントを使用する場合は、SSTL18 クラス I を SSTL15 クラス I に置

き換えて、DDR2 SDRAM コンポーネントに使用する終端とトポロジーを模倣してく

ださい。

f 詳細は、AN 408「DDR2 Memory Interface Termination, Drive Strength, Loading, and Design Layout Guidelines」を参照してください。

Arria II GX FPGA以下の項では、レベリング機能を搭載していない DDR3 SDRAM インタフェースで

適のシグナル・インテグリティを得るために、DDR3 SDRAM コンポーネント・イン

タフェース側で使用される終端、およびレベリング機能を搭載していない PHY を使

用したときにArria II GXデバイスで使用できるさまざまな終端機能について説明しま

す。

レベリング機能を搭載していない DDR3 SDRAM コンポーネント・インタフェースは、

レベリング機能を搭載していない DDR2 SDRAM インタフェースとまったく同様に配

線されるので、DDR2 SDRAM インタフェースの推奨事項が適用されます。

Arria II GX FPGA の DQS、DQ、および DM の終端

DDR2(差動 DQS モード)と DDR3 SDRAM を比較した場合、DQS、DQ、および DM 信号の終端、トポロジー、およびレイアウトはまったく同じです。

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ページ 32 DDR3 SDRAM コンポーネントの終端(レベリング機能なし)

Arria II GXデバイス上に配置された、レベリング機能を搭載していないDDR3 SDRAM は、任意の DDR2 SDRAM コンポーネント・インタフェースとまったく同一のものと

して扱ってください。

メモリ・エンド終端(表 1 および表 2)も適用されます。ただし、「AN 408 DDR2 Memory Interface Termination, Drive Strength, Loading, and Design Layout Guidelines」に記

載されている FPGA エンド終端設定を使用してください。

Arria II GX デバイスではダイナミック OCT 機能を提供していないため、回線の FPGA の 後には、VTT への 50 Ω 並列ディスクリート終端を使用してください。

f 詳細は、32 ページの「レイアウトに関する考慮事項(レベリング機能なし)」を参照

してください。

Arria II GX FPGA のメモリ・クロックの終端

メモリ・クロックは単方向信号です。レベリング機能を搭載していない DDR3 SDRAM コンポーネントを使用する場合は、差動 SSTL18 クラス I を差動 SSTL15 クラス I に置き換えて、DDR2 SDRAM コンポーネントに使用する終端とトポロジーを模倣して

ください。

f コンポーネントの終端および FPGA ドライブ強度設定について詳しくは、20 ページの

「DDR3 SDRAM コンポーネントのメモリ・クロック」および「AN 408D: DDR2 Memory Interface Termination, Drive Strength, Loading, and Design Layout Guidelines」を参照して

ください。

Arria II GX FPGA のコマンドとアドレスの終端

コマンドおよびアドレスは単方向信号です。レベリング機能を搭載していない DDR3SDRAM コンポーネントを使用する場合は、差動 SSTL18 クラス I を差動 SSTL15 ク

ラス I に置き換えて、DDR2 SDRAM コンポーネントに使用する終端とトポロジーを

模倣してください。

f コンポーネントの終端および FPGA ドライブ強度設定について詳しくは、21 ページの

「DDR3 SDRAM コンポーネントのコマンドとアドレス」および「AN 408: DDR2 Memory Interface Termination, Drive Strength, Loading, and Design Layout Guidelines」を参

照してください。

概要

この項では、レベリング機能を搭載していない DDR3 SDRAM コンポーネントを用い

た設計を行う際に 適なパフォーマンスを得るために使用する I/O 規格、ドライブ強

度、終端、およびトポロジーについて説明します。トポロジーは、コマンド、アドレ

ス、およびクロック信号ではより困難ですが、前世代の DDR2 SDRAM インタフェー

スほど難しくはなく、同じ要件が使用されます。

レイアウトに関する考慮事項(レベリング機能なし)

この項では、レベリング機能を搭載していない DDR3 SDRAM コンポーネント・イン

タフェースの設計に関する全般的なレイアウト・ガイドラインについて説明します。

このガイドラインはボード・レイアウトの計画に役立ちますが、必ず順守すべき厳密

なルールではありません。各自のボード・レベルでシミュレーションを行い、実装し

たトポロジーによって希望のパフォーマンスが得られることを確認するようお勧め

します。

DDR3 SDRAM インタフェースの終端およびレイアウト・ガイドライン © 2009 年 5 月 Altera Corporation暫定サポート

Page 33: DDR3 SDRAM インタフェースの終端 およびレイ … 値は外部抵抗、つまりRZQ 抵抗の値に基づいて設定されます。このZQ 抵抗は、 ODT 値の設定に使用されるだけでなく、抵抗値を10%

結論 ページ 33

f 詳細は、「AN 408: DDR2 Memory Interface Termination, Drive Strength, Loading, and Design Layout Guidelines」を参照してください。

DDR2 バッファなし DIMM の JEDEC トポロジーを模倣するときは、ロー・カード A~ C がバランスのとれたシンメトリカルなトポロジーであり、 適なパフォーマンス

が得られるため、これらのロー・カードのみを使用することをお勧めします。ロー・

カード D ~ F はシンメトリカルではなく平坦なソリューションなので、できるだけ使

用しないでください。

DDR2 SDRAM コンポーネントのガイドラインに従う際には、DDR3 の I/O 規格は

SSTL18 ではなく SSTL15 となります。DDR3 SDRAM コンポーネントには、高度な

ODT 機能や出力ドライブ強度機能が備わっています。これらの機能を使用すれば、レ

ベリング・ソリューションを使用せずに DDR3 SDRAM コンポーネントの SI パフォー

マンスを、標準の DDR2 実装の SI パフォーマンス以上に向上させることができます。

1 アルテラのタイミング解析では、シングル・ランク DDR3 SDRAM の設計のみを前提

としています。デュアル・ランクまたはクワッド・ランクの設計ではタイミングの

ディレーティングが必要になります。マルチランク・トポロジーおよびレイアウト・

ガイドラインについて詳しくは、「AN 444: Dual DIMM DDR2 SDRAM Interface Design Guidelines」を参照してください。

結論DDR3 SDRAM および Stratix III と Stratix IV FPGA の新機能を使用すれば、DDR3 SDRAM の設計プロセスを簡素化できます。フライバイ・デイジー・チェイン・トポ

ロジーを使用すると、レベリングを実現するためにデータパスおよびコントローラの

設計が複雑になりますが、パフォーマンスが大幅に向上し、DDR3 SDRAM のボード・

レイアウトが簡素化されます。

より 適なソリューションが得られる可能性がある場合や、必要な電気インタフェー

ス規格には対応しているが、必要なリード・レベリングとライト・レベリング機能に

は対応していないデバイスを使用する場合は、レベリング機能を搭載していない

DDR3 SDRAM コンポーネントも設計に使用できます。

アルテラの FPGA および DDR3 SDRAM ALTMEMPHY メガファンクションを使用す

ることで、データパスの設計を簡素化できるだけでなく、レベリング機能を使用する

設計では、より高度な DDR3 SDRAM パフォーマンスとわかりやすいボード設計とい

う利点を、レベリング機能を使用しない設計では DDR3 SDRAM コンポーネントの低

電力とコスト・パフォーマンスという利点をそれぞれ享受できます。

参考文献このアプリケーション・ノートでは、以下のドキュメントを参照しています。

JEDEC Standard Publication JESD79-3A, DDR3 SDRAM Specification, JEDEC Solid State Technology Association

AN 408: DDR2 Memory Interface Termination, Drive Strength, Loading, and Design Layout Guidelines

AN 436: Stratix III デバイスの DDR3 SDRAM インタフェース実装のためのデザイ

ン・ガイドライン

AN 444: Dual DIMM DDR2 SDRAM Interface Design Guidelines

© 2009 年 5 月 Altera Corporation DDR3 SDRAM インタフェースの終端およびレイアウト・ガイドライン

暫定サポート

Page 34: DDR3 SDRAM インタフェースの終端 およびレイ … 値は外部抵抗、つまりRZQ 抵抗の値に基づいて設定されます。このZQ 抵抗は、 ODT 値の設定に使用されるだけでなく、抵抗値を10%

ページ 34 改訂履歴

「Stratix III デバイス・ハンドブック Volume 1」の「Stratix III デバイスの外部メモリ・

インタフェース」の章

「Stratix IIIデバイス・ハンドブックVolume 1」の「Stratix IIIデバイスの I/O機能」の章

「Stratix IV デバイス・ハンドブック Volume 1」の「Stratix IV デバイスの外部メモリ・

インタフェース」の章

「Stratix IVデバイス・ハンドブックVolume 1」の「Stratix IVデバイスの I/O機能」の章

Micron Technical Note TN41-04: DDR3 Dynamic On-Die Termination Introduction

Micron Technical Note TN41-08: DDR3-1066 Memory Design Guide for Two-Dimm Unbuffered Systems

TN-41-02 DDR3 ZQ Calibration, Micron

TN-41-04 DDR3 Dynamic On-Die Termination, Micron

TN47-06: Updated JEDEC DDR2 Specifications, Micron

TN47-17: DDR2 SODIMM Optimized Address/Command Nets, Micron

TN47-19: DDR2 (Point-to-Point) Features and Functionality, Micron

TN47-20: Point-to-Point Package Sizes and Layout Basics, Micron

Consumer Electronics are Changing the Face of DRAMs, Jody Defazio, Chip Design Magazine, June 29, 2007

DDR3 ODT and Dynamic ODT, JEDEC DDR3 2007 Conference, Oct 3-4, San Jose, CA.

PC3-6400/PC3-8500/PC3-10600/PC3-12800 DDR3 SDRAM Unbuffered DIMM Design Specification, July 2007, JEDEC Solid State Technology Association

改訂履歴表 6 に、このアプリケーション・ノートの改訂履歴を示します。

表 6. 改訂履歴

日付およびドキュメント・バージョン 変更内容 概要

2009 年 5 月 v1.1 レベリング機能を搭載していない DDR3 SDRAM コンポーネントに対応。

2008 年 6 月 v1.0 初版 —

DDR3 SDRAM インタフェースの終端およびレイアウト・ガイドライン © 2009 年 5 月 Altera Corporation暫定サポート

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改訂履歴 ページ 35

© 2009 年 5 月 Altera Corporation DDR3 SDRAM インタフェースの終端およびレイアウト・ガイドライン

暫定サポート

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