DRAM ZQ Calibration, ODT (NT-ODT, DDR, ZQ Cal, On Die Termination)

ODT (On Die Termination)

 

ZQ Calibration을 이해하기 전에 ODT(On Die Termination)에 대해 이해가 필요하다. 간단하게 아래 그림에서 파란색 점에 걸리는 전압의 Swing을 보자. VDDQ 전압이 그대로 다 걸릴 것이다. 

 

CPU가 DRAM한테 Read Command를 던져지면 DRAM은 전압을 통해 신호를 전달할 것이다. VDDQ만큼 전압을 준다고 가정해 보자. 근데 우린 "반사파(Reflection)"라는 개념을 인지해야 한다. 전압을 저렇게 던지면 신호가 잘 가다가 어디에 부딪쳐서  반사파를 발생하고 SI(Signal Integrity)가 틀어진다. 즉 신호가 깨끗하지 못하다. Noise가 낀다는 말이다. 

 

 

그래서 나온 게 ODT다. 즉 저항을 달아주는 것이다. 아래 그림에서 파란 점의 전압 Swing은 Ron과 ODT 저항이 동일하다는 전제하에 전압분배 법칙에 따라 VDDQ/2 된다. Swing의 크기는 반 밖에 안되지만 반사파가 없어서 신호가 깨끗하다. 신호가 깨끗해야 Data를 주고받을 때 정확하게 채갈 수 있다.

 

 

 근데 여기서 중요한 건 Ron과 ODT 저항값이 똑같아야 VDDQ/2가 된다는 것이다. 그래야 전압이 딱 반이 돼서 0과 1을 잘 구분할 수 있다. 이제 ZQ Cal에 대해 알아보자.

 

 

ZQ Calibration

 

이 기술은 위에서 설명한 ODT의 연장선으로 DRAM과 CPU(SoC)의 주고받는 신호 특성을 좋게 만들어 0과 1을 잘 구분해서 오류가 없게 만들고 시스템의 안정성에 기여하기 위해 만들어졌다. 

 

DRAM에 Read / Write 할 때 여러 환경에 따라 신호가 틀어지게 된다. 조금 더 자세히 말하면 여러 가지 환경을 PVT라고 하는데 Process(공정) / Voltage(전압) / Temperature(온도)에 따라 전기적 신호들이 조금씩 틀어진다. 위에서 말한 ODT는 Voltage에 의해 틀어진 신호에 해당할 것이다.

 

그래서 Read 할 때는 Transmitter(Tx : DRAM 외부로 데이터를 전달)의 저항값 Ron을, Write 할 때는 Termination의 저항값을 PVT에 영향을 받아도 값을 일정하게 맞춰야 한다. 이렇게 저항값(Impedance)을 일정하게 유지하게 하는 기술이 ZQ Calibration이다.

 

일정한 값을 가지기 위한 방법은 DRAM 내부에서는 값들이 계속 변하기 때문에 DRAM 외부에서 일정한 저항을 끌어온다. 이 저항을 Reference 저항이라고 부른다. ZQ Pad를 통해 연결 돼 있는 240Ohm 저항이다. 

 

조금 더 자세히 말해보자. 사실 Ron은 하나의 저항이 아니라 여러 개의 Pull Up, Pull Down 저항의 조합으로 만들어진다. (Pull Up, Down에 대해 모른다면 그냥 0, 1을 구분했다고 생각하면 편하다) 우리가 Ron 저항을 240Ohm / 120Ohm / 60Ohm... 등등 원하는 저항으로 만들어야 하는데 어떤 저항은 270Ohm, 230Ohm 이렇게 값들이 다르면 조합을 할 때 어려울 것이다. 그래서 모든 저항들을 외부에 있는 일정한 값인 240Ohm으로 맞추는 걸 ZQ Calibration이라고 한다.   

 

 

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ODT와 ZQ Calibration의 연관성을 정리하면, Pull UP , Down으로 이루어져 있는 저항을 ZQ Calibration을 통해 240Ohm으로 맞추고, 조합을 통해 Ron을 만든다. 이렇게 만들어진 Ron과 ODT 똑같이 맞춰야 Vref(0,1을 구분하는 전압)가 VDDQ/2가 된다. 이렇게 되어야 신호가 깨끗하고 Nosie가 없다. 즉 시스템의 안정성을 위해 만들어진 기술이다. JEDEC Spec에서는 MR28에 나와있다.

 

 

NT-ODT (Non Target On Die Termination)

 

ODT의 사례 예시이다. Target과 Non Target을 나누는 기준은 DQ를 공유하고 있는 Die를 기준으로 한다. 내가 Target 하고자 하는 Die에서 Read/Write 할 때, 각각에 달린 ODT를 On/Off 어떻게 하는지 나와있다. 

 

최대한 반사파가 없게 하는 것이 목표이다. 쉽게 생각해서 부딪치는 곳이 있다면 그쪽에 ODT를 ON 시키면 된다.