DDR的省电模式.............

基础知识

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当前技术通常采用单晶体管/单电容存储单元，以实现更密集的存储芯片。

CMOS 栅极连接到字线(Row Line)，源极连接到位线(Column Line)。当电容冲上电是表示1，没有充电表示0。写入命令通过开启晶体管栅极，从而将电流(1将充电，0将放电)发送到电容来完成。读取操作通过位线上的感应放大器(

Sense Amplifier, S-Amp)

来测量电容中的电荷来完成。

DRAM 的基本设计有两个主要问题。

首先，读的时候要从电容读取电荷，将耗尽电荷，这导致所有读取都是破坏性的。从 DRAM 读取一段数据后，该值就不再存储在内存阵列中。为了解决这个问题，必须在完成后将数据写回数组中。这称为PreCharge。

为了提高DRAM接口的效率，将整行读入DRAM中的缓冲区。将行读入该缓冲区的过程称为Open或Active该行。打开一行后，可以将数据读取或写入该行中的任何列，而无需再次打开它。但是，每个bank一次只能打开一行。要从同一bank 中的不同行读取，必须先对当前行进行PreCharge，然后Open新行。

DRAM的第二个基本缺陷，也是它被称为动态RAM的原因，是电容器会漏电。这意味着一旦电荷存储在电容器上，它就会开始失去电荷。解决此问题的方法是定期刷新每一行。刷新包括简单地读取一行，然后将其写回数组中。此过程可确保电容保持其电荷。通常，SDRAM自己能够执行刷新操作，但仍然必须告诉它何时刷新。

DDR命令

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DDR4示意图：

信号的不同，组合成不同的Command：

DRAM状态机

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CKE：DRAM Clock Enable信号

• Active：至少一个Bank活动的，没有掉电(CKE=1)，无内部刷新(DRAM 控制器必须发送刷新命令)
• IDLE：所有Bank都关闭并Precharge，不掉电(CKE=1)，没有内部刷新。DRAM改变状态通过发出Precharge命令从Active到IDLE
• PDNP：Precharge Power Down：所有Bank都在Idle状态下，关闭Clock(CKE=0)，没有内部刷新。
• PDNA：Active Power-Down：Bank有行处于Active状态，关闭Clock(CKE=0），没有内部刷新。
• SREF：Self Refresh，所有Bank都已Precharge并关闭，触发 DRAM 内部自定时刷新 (CKE=0)。
  
  

Active Power Down和Precharge Power Down通过打开Clock(CKE=1)退出。Power Down的时间必须在Refresh的时间范围内，以保证数据不会因为电容没有充电刷新丢失

DDR4 DRAM中提供了一种功耗更加低的Maximum Power Down模式。DDR控制器发送Deep Power Down命令，这时候存储阵列的Power会被断掉，所有的数据会丢失掉。当从Deep Power Down退出的时候，需要对SDRAM芯片进行初始化

不同省电模式下面的功耗比:

[td]

特性	Active Power Down	Precharge Power Down	Self-Refresh	Maximum Power Down
主要用途	短时间内预期会有新的访问请求	短时间内频繁切换活跃与空闲状态	长时间不访问内存但需保持数据	不需保持数据的长时间断电
功耗水平	较高，但低于完全活跃状态	中等，低于Active Power Down	最低，通常为几毫瓦（mW）	极低，接近于零
恢复时间	快速	较快	较长	最长
适用场景	快速响应需求较高的应用	需要在短时间内频繁切换状态的应用	设备待机、休眠等长时间无操作期	数据可重新加载的长时间断电情况

省电模式时序图

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在CKE的配合下，可以发送省电相关的Command：

Auto-Refresh

Auto-Refresh命令用于在DDR正常运行期间刷新阵列的内容。此命令是非持久性的，因此每次需要刷新时都必须发出。在发出Auto-Refresh命令之前，必须对所有Active存储体进行PreCharge。

Self-Refresh

Self-Refresh模式可用于在系统其他部分断电的情况下，将数据保留在DDR中。在Self-Refresh模式下，DDR无需外部时钟即可保留数据。Self-Refresh命令的启动方式与Auto-Refresh命令类似，但CKE低电平。Self-Refresh命令后，除CKE必须保持低电平外，DDR的所有输入信号均变为“Don't Care”状态。

启用Self-Refresh模式后，DDR将提供自己的内部时钟，使其能够执行自身的自动刷新周期。设备必须保持自刷新模式至少一段时间，即tRAS，并且在此之后，可以无限期地保持自刷新模式。

Power down

当没有进行任何访问时，如果 CKE 被设置为低电平，且同时出现 NOP 或 COMMAND IN HIBIT 指令，则会发生Power down。如果所有 Bank 都处于空闲状态时发生Power down，则此模式称为Precharge Power Down；如果任何 Bank 中有一行处于活动状态时发生Power down，则此模式称为Active Power down主动。进入掉电模式会停用输入和输出缓冲器（CKE 除外），以在待机状态下最大限度地节省功耗。由于此模式下不执行任何Refresh操作，因此器件处于Power down状态的时间不能超过刷新周期 (64ms)。

通过在所需时钟沿（满足 tCKS 周期）将 CKE 设置为高电平并发出 NOP 或 COMMAND INHIBIT 指令，即可退出Power down状态。

Clock Suspend

当column access/burst正在进行且 CKE 寄存器为低电平时，将进入Clock Suspend模式。在该模式下，内部时钟停用，同步逻辑冻结。

通过将 CKE 寄存器为高电平退出时钟暂停模式；内部时钟和相关操作将在下一个时钟正沿恢复。