SDRAM功耗計(jì)算

1、 sdram/ddr 功耗計(jì)算標(biāo)簽： 工作存儲嵌入式百度測試2012-04-18 22:58 4907人閱讀 評論(5) 收藏 舉報 分類： 硬件（151） 版權(quán)聲明：本文為博主原創(chuàng)文章，未經(jīng)博主允許不得轉(zhuǎn)載。    在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中總功耗的計(jì)算是一個無法繞開的問題，在總功耗的計(jì)算過程中尤其以SDRAM、DDR、DDR2等動態(tài)隨機(jī)存儲器件的功耗難以把握和計(jì)算。本人在進(jìn)行電源IC選型時采用估算措施，一般嵌入式系統(tǒng)總電流不會超過400mA，所以選擇電源IC只要在500m

2、A以上即可；電子工程師在選電源IC計(jì)算系統(tǒng)總功耗時，總是會在計(jì)算DRAM器件功耗時難以下手而不得不對其進(jìn)行估算。本人本著將革命進(jìn)行到底的精神，在閑暇時間百度一些相關(guān)資料后進(jìn)行了學(xué)習(xí)總結(jié)。1.DDR功耗計(jì)算    現(xiàn)以DDR為例進(jìn)行功耗計(jì)算，此過程可以推廣到SDRAM和DDR2功耗計(jì)算。DRAM器件功耗難以準(zhǔn)確計(jì)算的原因是由于該類器件工作狀態(tài)繁多，且系統(tǒng)運(yùn)行過程這些狀態(tài)還不斷切換，這些都為功耗的計(jì)算造成了阻礙。具體計(jì)算內(nèi)存的功耗不是很容易的事，我們計(jì)算的結(jié)果只是一個假定工作條件下的平均值。為了估算內(nèi)存芯片功耗，首先必須了解芯片的一些基本功能，下圖是DDR功

3、能模塊圖： 從上圖可以看到，每個BANK都有一個SENSE AMPLIRERS(讀出放大器),在進(jìn)行讀、寫、自動刷新等操作時，需要先把存儲陣列中的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存后才能進(jìn)行操作，SENSE AMPLIRERS就是這個緩存器。DDR大致有以下幾種工作狀態(tài)，特總結(jié)如下：    ACTIVE（激活）、Precharge（預(yù)充電）、讀、寫、自動刷新、自刷新ACTIVE（激活）用簡單的一句話來描述，激活命令的作用就是將選擇地址的bit信號送入讀出放大器，以供下一步的讀或?qū)懽鰷?zhǔn)備。從字面上來理解，就是將存儲矩陣電路中位信號發(fā)送到讀出放大器以供外設(shè)使用，也就是將

4、存儲信號激活。預(yù)充電（Precharge）指關(guān)閉所有行地址線（rowline），所有列地址線（bitline）接1/2Vcc源經(jīng)過足夠長時間沖或放電使列地址電容電壓值達(dá)到1/2VCC的動作。對不同列地址進(jìn)行讀或?qū)懚家M(jìn)行新的預(yù)充電。芯片上電后最先做的動作就是預(yù)充電，它是其他操作的基礎(chǔ)。讀芯片上電確定地址，進(jìn)行預(yù)充電再進(jìn)行激活處理將數(shù)值發(fā)送到讀出處理器，再發(fā)送到I/O口；這就是讀操作的全部流程。 寫芯片上電確定地址，進(jìn)行激活處理將外設(shè)傳遞數(shù)據(jù)保存到讀出處理器，再通過預(yù)充電操作將數(shù)據(jù)壓入存儲矩陣電路。 以上對sdram類器件的基本操作做了簡要描述，這樣對計(jì)算該類功耗計(jì)算起到了非

5、常好的撬動作用。計(jì)算內(nèi)存電源消耗的最重要的參數(shù)是操作電流Idd參數(shù)，這些值在標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)存芯片參考手冊上都可以查到。下面的列表介紹了 DDR 內(nèi)存芯片的各種Idd電流的具體含義：對應(yīng)的中文表格如下圖：操作電流可分為如下幾部分：后臺電源消耗（Background Power）-對應(yīng)靜態(tài)功耗CKE 低電平節(jié)能狀態(tài)的預(yù)充電模式：P(Pre_down)=Idd2p*VDD       CKE有效 Standby狀態(tài)的預(yù)充電模式：P(Pre_stby)=Idd2f*VDDCKE 低電平節(jié)能

6、狀態(tài)的激活模式：P(ACT_down)=Idd3p*VDDCKE 有效 Standby 狀態(tài)的預(yù)充電模式：P(ACT_stby)=Idd3n*VDD自動刷新電流：P (REF)=(Idd5/6Idd2p)*VDD激活時操作電流（Activate Power）Active 到 Precharge 操作過程中的消耗：P(ACT)=(Idd0-Idd3n)*VDD*Trc(spec)/TACT(actual)  讀寫操作電流（Read/Write Power）     &

7、#160; 寫操作的功耗：P(wr) =(Idd4w - Idd3n)*VDD*WR%讀操作的功耗：P(rd) =(Idd4r - Idd3n)*VDD*RD%讀操作時 I/O功耗：P(DQ) =(Vout * Iout)*N*RD%其中WR%和RD%指寫/讀操作在ACT周期中占的比重，Vout和Iout指DQ管腳的輸出電壓和電流，N指芯片上DQ和DQS的數(shù)目。需要注意的是，芯片廠商的Datasheet上提供的數(shù)據(jù)通常都是在比較苛刻的條件下測量的結(jié)果比如VDD是工作在額定最大電壓下（對DDR來說一般為2.7V）。遇到這種情況我們就要采取一些處理措施，辦法就是根據(jù)實(shí)際電壓和頻

8、率的變化，對計(jì)算的結(jié)果通過乘上變化因子進(jìn)行調(diào)整：經(jīng)過調(diào)整之后，得到的就是在實(shí)際工作電壓和頻率下的功耗。當(dāng)然，這時候計(jì)算出來的僅僅是各部分工作狀態(tài)下相對獨(dú)立的電源消耗情況，如果綜合起來計(jì)算整個芯片的功耗，則不是簡單地把各項(xiàng)相加就行，還要合理考慮各種狀態(tài)所占的比例等實(shí)際問題，比如：所有 Bank預(yù)充電占的時間比例 BNK_PRE%，處于預(yù)充電狀態(tài)中 CKE低電平占的比例 CKE_LO_PRE%，處于激活狀態(tài)中CKE處于低電平的比例CKE_LO_ACT%等等。這時，相應(yīng)的公式要調(diào)整為：單個芯片電源消耗的計(jì)算方法學(xué)會之后，我們還可以類推到整個內(nèi)存模塊的功耗計(jì)算。

9、下面我們就舉例來分析一下4根1G的DIMM正常工作時的電源消耗，芯片采用Samsung K4H560838D DDR333 64MX4的芯片。假設(shè)的系統(tǒng)工作條件如下：帶入相應(yīng)的公式即可算出芯片的功耗：2.sdram功耗計(jì)算    SDR的功耗計(jì)算和 DDR基本相似，主要的區(qū)別在于以下幾個方面：后面是從美光網(wǎng)上下載的功耗計(jì)算文件，感興趣的可以自己分析。從上表可知：其測試電壓為3.3V，時鐘頻率為133M,系統(tǒng)輸出電容負(fù)載為25pF;所有片內(nèi)BANK用于預(yù)充電的時間占總時間的70%；當(dāng)CKE有效時（即時能時鐘信號時）所有片內(nèi)BANK用于預(yù)充電的時間即占其有效總時間的80%；激活bank的active命令平均時間為120ns;讀取SDRAM時間占時鐘有效時間的40%，而寫SDRAM時間占時鐘有效時間的15%，這樣時鐘有效傳送數(shù)據(jù)時間比例為55%，即時鐘有45%處于空閑狀態(tài)，也就是說