Usando SDRAM vs. DDR RAM no Seu Design de PCB

Computadores embarcados, dispositivos de visão, módulos DAQ e muito mais, todos precisarão de alguma memória, seja um chip Flash ou um módulo RAM. Normalmente, algo como um chip de memória Flash ou um pequeno módulo eMMC não seria usado para armazenamento temporário, pois o dispositivo requer reescritas constantes. Em vez disso, se você precisar de uma solução de memória volátil (ou seja, temporária), optaria por RAM estática ou dinâmica (SRAM ou DRAM). Entre esses dois tipos de RAMs, existem versões assíncronas e síncronas, sendo que o tipo síncrono é normalmente usado em eletrônicos modernos de alta velocidade.

SDRAM é uma dessas opções padrão, de menor velocidade/menor capacidade disponíveis para memória on-board sem uma placa externa. Designers que não trabalharam com módulos RAM provavelmente têm visões de grandes sticks de RAM DDR como aqueles que você instalaria em seu desktop ou laptop. Em vez disso, chips de RAM individuais podem ser instalados em uma placa, e eles não precisam ser os ICs de RAM de alta velocidade e alta capacidade que você encontraria em um típico stick SODIMM. Se você precisa decidir qual tipo de memória usar em sua placa, continue lendo para ver algumas das diretrizes de design básicas para módulos de memória SDRAM vs. DDR.

Módulos SDRAM vs. DDR RAM

Os módulos SDRAM (RAM dinâmica síncrona) são o tipo padrão de módulo RAM usado em eletrônicos modernos. Ao comparar SDRAM e DDR, é importante notar que DDR é um tipo de SDRAM, sendo o primeiro chip DDR SDRAM lançado em 1997 pela Samsung. Desde então, novas gerações de DDR foram produzidas e as capacidades de memória aumentaram. Ainda assim, os módulos SDRAM operando a taxa de dados única não desapareceram. Daqui para frente, sempre que me referir a "SDRAM", saiba que estou me referindo à versão de taxa de dados única e não ao DDR.

A tabela abaixo compara alguns dos parâmetros operacionais básicos de SDRAM vs. DDR. Como podemos ver nesta tabela, os dois tipos de memórias têm capacidades similares, à parte da taxa de clock e capacidade.

Em geral, a taxa de clock mais alta em DDR, e o fato de que os módulos DDR transferem 2x dados por ciclo de clock, significa que os módulos DDR são muito mais rápidos do que os SDRAMs de taxa de dados única. Ambos os tipos de RAM têm uma interface síncrona, o que significa que eles usam um clock síncrono de fonte para acionar a transferência de dados do módulo de memória. Isso requer a aplicação de ajuste de comprimento em todo o barramento para que o

Os números DDR listados acima são para módulos DDR4; DDR3 e anteriores terão especificações mais baixas, bem como menor custo. DDR5 está elevando os limites na tabela acima para frequências de relógio mais altas (3200 MHz) e taxas de dados (até 6400 MT/s por módulo), e os mais novos produtos para consumidores e servidores estarão disponíveis mais tarde em 2021. Tudo isso levanta a questão: se DDR tem uma capacidade e taxa de transferência de dados tão mais altas, por que não é usado em todo sistema que requer memória volátil?

Por Que Usar SDRAM de Taxa de Dados Única?

Para alguns sistemas, optar por módulos DDR on-board ou acessar um stick DDR através de um conector de borda é exagero. Simplesmente não é necessário tanto RAM a menos que você esteja executando um sistema operacional completo ou múltiplas aplicações em um dispositivo embutido. Isso não significa que sistemas embutidos pequenos não precisem de muita memória. Muitas vezes, a memória necessária é não-volátil e poderia ser fornecida através de um chip Flash, cartão SD ou módulo eMMC.

Aqui estão algumas das principais razões pelas quais você pode querer usar um módulo SDRAM em vez de um módulo DDR completo na arquitetura do seu sistema embutido:

• Interface com MCUs: Eu nunca ouvi falar de um MCU que possa se conectar a um módulo DDR; você precisaria de pelo menos um MPU ou um FPGA. No entanto, alguns MCUs mais potentes podem acessar grandes quantidades de memória volátil por meio de um controlador interno. A série STM32F7 de MCUs é um exemplo muito popular; seu controlador de memória flexível interno (FMC) pode ser usado para acessar SDRAMs a cerca de 100 MHz.
• Baixo custo: Em sistemas embarcados que precisam de muita memória, como sistemas menores capazes de ML realizando tarefas de inferência embarcada, o sistema pode precisar de muita memória que pode ser fornecida por um módulo de RAM. Com o aumento previsto na implantação desses tipos de sistemas, não faz sentido usar módulos DDR caros quando um chip SDRAM fará o trabalho.
• Mais fácil de rotear: Como os chips SDRAM funcionam um pouco mais lentos, os tempos de subida do sinal são mais lentos, então os requisitos de correspondência de comprimento são muito mais fáceis. Certifique-se de codificar esses limites nas suas regras de design.
• Menos diafonia: Qualquer protocolo digital de alta velocidade, incluindo DDR4, terá alguma diafonia dentro da interface do barramento paralelo e em outros barramentos na placa. A vantagem de operar em velocidades mais baixas é a diafonia menos intensa entre os sinais no barramento.
• Topologia de barramento idêntica: SDRAM e DDR usam o mesmo tipo de barramento, o que significa que possuem os mesmos conjuntos de sinais, e os sinais têm os mesmos significados. Se você sabe como rotear uma interface SDRAM de taxa de dados única, então você sabe como trabalhar com interfaces DDR mais rápidas.

Nem todo sistema precisará ter um módulo SDRAM de taxa de dados única, mas eles são certamente mais fáceis de usar com arquiteturas de sistema embarcado populares construídas em torno de microcontroladores. Se você está projetando um computador de placa única ou placa-mãe personalizada, e seu sistema precisa de alta memória, apenas aceite e opte por um ou mais módulos DDR. Se você nunca trabalhou com módulos DDR modernos, ainda pode começar com DDR2 e você obterá bastante memória para seu sistema em comparação com um módulo SDRAM típico.

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