Sử dụng SDRAM so với DDR RAM trong Thiết kế PCB của Bạn

Máy tính nhúng, thiết bị nhìn, mô-đun DAQ và nhiều thiết bị khác đều cần một số loại bộ nhớ, dù là chip Flash hay mô-đun RAM. Thông thường, như một chip bộ nhớ Flash hay một mô-đun eMMC nhỏ sẽ không được sử dụng cho việc lưu trữ tạm thời vì thiết bị yêu cầu việc ghi lại liên tục. Thay vào đó, nếu bạn cần một giải pháp bộ nhớ tạm thời (tức là, không lưu trữ vĩnh viễn), bạn sẽ chọn RAM tĩnh hoặc động (SRAM hoặc DRAM). Giữa hai loại RAM này, có các phiên bản không đồng bộ và đồng bộ, trong đó loại đồng bộ thường được sử dụng trong điện tử tốc độ cao hiện đại.

SDRAM là một trong những lựa chọn tiêu chuẩn, tốc độ/thể tích thấp hơn có sẵn cho bộ nhớ trên bo mạch mà không cần một bo mạch ngoài. Những nhà thiết kế chưa từng làm việc với mô-đun RAM có lẽ hình dung về những thanh RAM DDR lớn như những thứ bạn sẽ lắp vào máy tính để bàn hoặc laptop của mình. Thay vào đó, các chip RAM riêng lẻ có thể được lắp đặt trên bo mạch, và chúng không cần phải là loại RAM IC tốc độ cao, dung lượng lớn bạn sẽ tìm thấy trên một thanh SODIMM tiêu biểu. Nếu bạn cần quyết định loại bộ nhớ nào để sử dụng trên bo mạch của mình, hãy tiếp tục đọc để xem một số hướng dẫn thiết kế cơ bản cho SDRAM so với mô-đun bộ nhớ DDR.

SDRAM so với các mô-đun RAM DDR

SDRAM (synchronous dynamic RAM) là loại mô-đun RAM tiêu chuẩn được sử dụng trong điện tử hiện đại. Khi so sánh SDRAM với DDR, điều quan trọng cần lưu ý là DDR là một loại của SDRAM, với chip SDRAM DDR đầu tiên được Samsung phát hành vào năm 1997. Kể từ đó, các thế hệ DDR mới hơn đã được sản xuất và dung lượng bộ nhớ đã tăng lên. Tuy nhiên, các mô-đun SDRAM hoạt động ở tốc độ dữ liệu đơn không biến mất. Từ đây, bất cứ khi nào tôi nhắc đến “SDRAM”, hãy biết rằng tôi đang nói đến phiên bản tốc độ dữ liệu đơn và không phải DDR.

Bảng dưới đây so sánh một số thông số hoạt động cơ bản của SDRAM so với DDR. Như chúng ta có thể thấy từ bảng này, hai loại bộ nhớ có khả năng tương tự, ngoại trừ tốc độ đồng hồ và dung lượng.

Nói chung, tốc độ đồng hồ cao hơn trong DDR, và thực tế là DDR truyền 2x dữ liệu mỗi chu kỳ đồng hồ, có nghĩa là các mô-đun DDR nhanh hơn nhiều so với SDRAM đơn tốc độ. Cả hai loại RAM đều có giao diện đồng bộ, nghĩa là chúng sử dụng đồng hồ đồng bộ nguồn để kích hoạt việc truyền dữ liệu từ mô-đun bộ nhớ. Điều này đòi hỏi phải thực hiện điều chỉnh chiều dài trên bus để cho

Các con số DDR được liệt kê ở trên là cho các mô-đun DDR4; DDR3 và các phiên bản trước đó sẽ có thông số kỹ thuật thấp hơn, cũng như giá thành rẻ hơn. DDR5 đang đẩy giới hạn trong bảng trên lên cao hơn với tần số đồng hồ cao hơn (3200 MHz) và tốc độ truyền dữ liệu (lên đến 6400 MT/s cho mỗi mô-đun), và các sản phẩm tiêu dùng và máy chủ mới nhất sẽ được ra mắt vào cuối năm 2021. Tất cả điều này đặt ra câu hỏi: nếu DDR có khả năng chứa đựng và tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhiều, tại sao DDR không được sử dụng trong mọi hệ thống yêu cầu bộ nhớ biến đổi?

Tại sao sử dụng SDRAM Tốc độ Dữ liệu Đơn?

Đối với một số hệ thống, việc sử dụng các mô-đun DDR trên bo mạch hoặc truy cập một thanh DDR thông qua kết nối cạnh là quá mức cần thiết. Bạn chỉ đơn giản không cần nhiều RAM như vậy trừ khi bạn đang chạy một hệ điều hành đầy đủ hoặc nhiều ứng dụng trên một thiết bị nhúng. Điều này không có nghĩa là các hệ thống nhúng nhỏ không cần nhiều bộ nhớ. Thường thì, bộ nhớ cần thiết là không biến đổi và có thể được cung cấp thông qua một chip Flash, thẻ SD, hoặc mô-đun eMMC.

Dưới đây là một số lý do chính bạn có thể muốn sử dụng một mô-đun SDRAM thay vì một mô-đun DDR đầy đủ trong kiến trúc hệ thống nhúng của bạn:

• Giao tiếp với MCU: Tôi chưa nghe về MCU nào có thể kết nối với mô-đun DDR; bạn sẽ cần ít nhất một MPU hoặc FPGA. Tuy nhiên, một số MCU mạnh mẽ hơn có thể truy cập vào lượng lớn bộ nhớ biến đổi thông qua bộ điều khiển nội bộ. Dòng STM32F7 của MCU là một ví dụ phổ biến; bộ điều khiển bộ nhớ linh hoạt nội bộ (FMC) của nó có thể được sử dụng để truy cập vào SDRAM ở khoảng 100 MHz.
• Chi phí thấp: Trong các hệ thống nhúng cần nhiều bộ nhớ, như các hệ thống nhỏ có khả năng ML thực hiện các nhiệm vụ suy luận nhúng, hệ thống có thể cần nhiều bộ nhớ có thể được cung cấp bởi một mô-đun RAM. Với việc triển khai các loại hệ thống này chỉ dự kiến sẽ tăng, không có lý do gì để sử dụng các mô-đun DDR đắt tiền khi một chip SDRAM có thể làm được công việc.
• Định tuyến dễ dàng hơn: Vì chip SDRAM chạy hơi chậm hơn, thời gian tăng tín hiệu chậm hơn, vì vậy yêu cầu về độ chính xác chiều dài dễ dàng hơn. Hãy chắc chắn mã hóa những giới hạn này trong quy tắc thiết kế của bạn.
• Ít nhiễu chéo hơn: Bất kỳ giao thức số tốc độ cao nào, bao gồm DDR4, đều sẽ có một số nhiễu chéo trong giao diện bus song song và vào các bus khác trên bo mạch. Điều tốt khi chạy ở tốc độ thấp hơn là nhiễu chéo giữa các tín hiệu trong bus ít nghiêm trọng hơn.
• Cùng một kiến trúc bus: SDRAM và DDR sử dụng cùng một loại bus, nghĩa là chúng có cùng các bộ tín hiệu, và các tín hiệu có cùng ý nghĩa. Nếu bạn biết cách định tuyến một giao diện SDRAM tốc độ dữ liệu đơn, thì bạn biết cách làm việc với các giao diện DDR nhanh hơn.

Không phải hệ thống nào cũng cần có một mô-đun SDRAM tốc độ dữ liệu đơn, nhưng chúng chắc chắn dễ sử dụng hơn với các kiến trúc hệ thống nhúng phổ biến được xây dựng xung quanh vi điều khiển. Nếu bạn đang thiết kế một máy tính đơn bảng hoặc bo mạch chủ tùy chỉnh, và hệ thống của bạn cần bộ nhớ cao, hãy cứ chấp nhận và sử dụng một hoặc nhiều mô-đun DDR. Nếu bạn chưa bao giờ làm việc với các mô-đun DDR hiện đại, bạn vẫn có thể sử dụng DDR2 và bạn sẽ có được nhiều bộ nhớ cho hệ thống của mình so với một mô-đun SDRAM thông thường.

Sau khi bạn đã xác định loại và lượng bộ nhớ bạn cần khi so sánh SDRAM và DDR, hãy sử dụng phần mềm thiết kế bố cục PCB tốt nhất trong Altium Designer® để tạo bố cục vật lý của bạn. Khi bạn cần đánh giá tính toàn vẹn tín hiệu và EMI trong bố cục PCB của mình, người dùng Altium Designer có thể sử dụng tiện ích mở rộng EDB Exporter để nhập thiết kế của họ vào các trình giải Ansys và thực hiện một loạt các mô phỏng tính toàn vẹn tín hiệu mạnh mẽ. Khi bạn đã hoàn thành thiết kế và muốn gửi các tệp cho nhà sản xuất của mình, nền tảng Altium 365™ giúp bạn dễ dàng hợp tác và chia sẻ dự án của mình.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.