我們正處于使用“智能”設備自動化日常活動和業(yè)務流程的浪潮中。保持低功耗配置很重要，尤其是對于電池供電的設備。由于 LPDRAM 的低功耗預算、高性能和更小的板上占位面積，嵌入式系統(tǒng)設計人員在邏輯上被其所吸引。

嵌入式應用中的設備使用多種 DRAM 技術，如圖 1 所示?？紤]到這一領域的密度和速度要求，LPDDR 是物聯(lián)網應用的正確解決方案。據(jù)美光科技稱，LPDDR2 用于許多更高帶寬/性能的應用，預計將使用相當長的一段時間。

片上系統(tǒng) （SoC） 設計使用了大量第三方 IP。以至于調查顯示，典型 SoC 中 IP 內容的百分比為 70% 或更多。這包括與片外動態(tài) RAM （DRAM） 通信的 LPDDR 內存子系統(tǒng)。

設計高性能、可靠的 LPDDR 內存子系統(tǒng)絕非易事，因為它的接口通常是 SoC 中使用的最高頻率信號，如果它出現(xiàn)故障或不穩(wěn)定，系統(tǒng)就會變得無法使用。

在 28 nm 工藝節(jié)點制造時，SoC 半導體在低功耗和性能方面最具成本效益。管理靜態(tài)和動態(tài)變化是設計人員在高級工藝節(jié)點中實施 SoC 設計時的眾多考慮因素之一。由于多種原因，這些細微的變化正在成為最重要的考慮因素。

靜態(tài)變化是芯片制造過程的結果，沒有兩個設備的行為完全相同。需要仔細的設計規(guī)劃和執(zhí)行以適應大量設備的預期行為之間的微小差異，以確保成品按預期執(zhí)行。

芯片本身只有一塊。與芯片接口的封裝、印刷電路板 （PCB） 或系統(tǒng)基板和外部組件都有其自身的靜態(tài)變化，在考慮整體系統(tǒng)性能和可靠性時也必須將其考慮到設計中。板型選擇不當會大大降低工作系統(tǒng)的良率。

當芯片在運行時，由于系統(tǒng)環(huán)境的波動，它會經歷動態(tài)變化。這些包括溫度或電壓變化，也許還有其他難以預測的環(huán)境變量。盡管如此，系統(tǒng)必須設計成能夠承受現(xiàn)場的這些動態(tài)條件。一種技術是使用保護帶來管理廣泛的預期操作條件。但是，通常會為了可靠性而犧牲性能。如果對設計規(guī)范應用了錯誤的保護帶，如果運行條件超出預期標準，系統(tǒng)可能會出現(xiàn)可靠性問題。

設計人員面臨的挑戰(zhàn)是確保設備或系統(tǒng)滿足性能和可靠性目標。他或她花時間使用來自不同操作條件的示例測試和評估系統(tǒng)，目的是“調整”設備或系統(tǒng)，使其在消費者遇到的預期靜態(tài)和動態(tài)變化范圍內運行。

自適應類型的 IP 可以發(fā)揮重要作用，因為它可以測量對性能和可靠性至關重要的相關參數(shù)，然后自動進行調整以確保參數(shù)得到優(yōu)化。這些精確的測量和校正將在系統(tǒng)初始化期間進行，并在系統(tǒng)運行期間定期再次進行。

自適應例程運行速度快，對系統(tǒng)操作和吞吐量的影響很小，并且有足夠的自由度來糾正大范圍的變化。由于自適應 IP 位于芯片中，因此每個系統(tǒng)都針對每個組件的靜態(tài)變化和系統(tǒng)環(huán)境引起的動態(tài)變化進行了優(yōu)化。這意味著該芯片不斷優(yōu)化其操作，以向消費者提供具有穩(wěn)健性和可靠性的最佳性能。

（非）可預測的 DDR IP

讓我們將大多數(shù) SoC 中的 DDR 內存子系統(tǒng)視為自適應 IP。當然，設計人員會參考 JEDEC DDR 內存規(guī)范中規(guī)定的各種信號訓練例程。他們找不到時鐘域交叉 （CDC） 問題的解決方案：在讀取操作期間，DDR SDRAM 和其他相關數(shù)據(jù)生成的數(shù)據(jù)選通信號 （DQS） 必須與 SoC 系統(tǒng)時鐘正確同步。這些時鐘域的相位和延遲之間的關系受靜態(tài)和動態(tài)變化的影響，難以預測或建模。

通常，設計人員會部署一個 DDR 子系統(tǒng)來對多個系統(tǒng)進行臺架測試和測量，這些系統(tǒng)具有跨越各種操作角的多個組件。一旦有足夠的數(shù)據(jù)，就會決定如何設置接口時序，從而使所有系統(tǒng)都可能在測試場景中執(zhí)行。然而，這個過程可能需要幾天甚至幾周的時間，并且不能保證每個系統(tǒng)在每個操作場景中都能完美運行。

解決方案是 DDR 自適應 IP。在系統(tǒng)初始化期間，自適應 IP 測量 DQS 和 SoC 時鐘之間的相位和延遲差異，并對接口進行編程，以對齊該特定系統(tǒng)的兩個域。在系統(tǒng)運行期間，自適應 IP 會定期重新檢查相位和延遲，并在需要時重新校準時序。

使用這種方法，系統(tǒng)啟動是自動化的，因為自適應 IP 可以為每個設備和系統(tǒng)找到最佳操作點。使用自適應 IP 可以實現(xiàn)最佳系統(tǒng)性能，并確保系統(tǒng)在變化的運行條件下保持穩(wěn)定運行。即使在當今先進的半導體工藝節(jié)點中以低功耗運行為目標。

自適應 IP 正在被廣泛采用。我們預測，隨著我們轉向未來要求更高性能和更小功率占用的 LPDRAM 標準，這將是一項基本要求。

審核編輯：郭婷