DDR Study - LPDDR Write and Training

参考来源：JESD209-4B，JESD209-4E
LPDDR Initial → LPDDR Write Leveling and DQ Training → LPDDR Read and Training → LPDDR Write and Training → LPDDR Clock Switch → PIM Technical

Write Command

基于JEDEC标准中可以看到Write Timing信息如下：

图中的相关参数信息解析如下：

WL - Write Latency，从CAS-2命令结束的第一个CLK上升沿T3开始，到对齐第一个有效DQS信号的CLK上升沿Ta3
tDQSS - Write场景下，第一个有效DQS信号和对应的CLK信号上升沿Ta3之间的skew，分为Min/Normal/Max三档，分别为0.75tCK(红线)/1tCK(黄线)/1.25tCK(蓝线)三个skew范围
tDQS2DQ - Write场景下，第一个有效DQS信号和第一个有效DQ信号之间的skew
tWPRE - Write场景下，DQS的前导时间段，用于产生稳定的DQS
tWPST - Write场景下，DQS的后导时间段，用于结束DQS的翻转
tDSS - Write场景下，DQS信号下降沿到下一个CK信号上升沿的时间，Setup Time
tDSH - Write场景下，DQS信号下降沿距离上一个CK信号上升沿的时间，Hold Time
tDQSL - Write场景下，DQS信号输出为低的时间宽度
tDQSH - Write场景下，DQS信号输出为高的时间宽度

而Command信息中的Write-1和CAS-2就是CA/CS Bus上给出的Write Command信号，首先基于JESD209-4B Table 95真值表内容来看这部分信息：
Truth Table

这里的缩写定义如下：

H - High Level
L - Low Level
BL - Burst Length，高低电平区分BL-32和BL-16
BA0/1/2 - Bank Address, 最高支持x8 Bank Width
V - 可以为High或者Low电平，但不可以为浮动电平信号
C - Column信息，其中Column[1:0]信号不在CA Bus传输，默认为0（也保证了Column地址永远32B对齐）
AP - Auto Pre-Charge开关信号

和Read类似，一次Write + CAS命令都需要在CS的High/Low Level两个不同电平状态下发送不同的内容，才能组成一次完整的Write命令。
相比Read，在CA信号的高低电平组合上发生了变化。

Write Training

Write Training中Delay主要也是聚焦在 DQS和CLK之间的skew + DQS和DQ之间的skew，也就是tDQSS + tDQS2DQ的Training。
JEDEC中对于这两个skew也有明确的限制：

Symbol	Min	Max	Unit
tDQSS	0.75	1.25	tCK
tDQS2DQ	200	800	ps
Write是MC控制器送数据到DRAM，所以CLK/DQ/DQS都是从MC控制器发出，DRAM通过DQS进行采样。

因为已经完成了Read Training，所以MC可以写一组数据(Ex: 0xAA55 - 10101010 01010101)到DRAM，再读回来看数据是否一致。
在不断循环中，不断调整Voltage Reference + Delay + Duty Cycle，根据读到的数据fail与pass的边界生成数据的左边界(1st Fail → Pass)和右边界(1st Pass → Fail)生成眼图数据。
通过不断递归获取合适的Voltage和Delay Value，能够让眼图数据中的眼睛处于睁得最大的状态。
所以在DDR Training Flow中，一般都是先保证Read Training Pass之后，再做Write Training。否则MC控制器无法确认Write Value是否正确写入到了DRAM。

在Delay和Duty Cycle调整的硬件选择上，一般也是采用基于DLL和Delay Line的电路设计实现。和上一篇内容一致：
DDR Study - LPDDR Read and Training

Write SIPI

关于如何在SIPI波形图中计算tDQSS和tDQS2DQ，首先就是需要确定一段Write的波形。
与Read波形不同的是，不论高频还是低频，Write场景的DQS均不会出现明显的抬起前导区域。所以都是通过比较DQS与CK信号之间是否对齐（无相位差）来判断：
Write SIPI

tWPRE

至于tWPRE不像tRPRE有static/toggle两种mode，只有一种情况，第三个上升沿开始算作是有效DQS信号：
在这里插入图片描述

tDQS2DQ

在确定tWPRE之后，关于tDQS2DQ的计算较为简单，就是在tWPRE之后的第一个DQS上升沿到DQ有效高电平之间的skew，如下图所示：
tDQS2DQ

关于为什么Read中的DQS和DQ是对齐，而Write中DQS和DQ则需要有90度相位差，可能是和DQ的信号眼图质量有关。
Read场景下的DQ信号由DRAM端发出，由于DRAM本身不像SOC端具有庞大的硬件计算和信号优化资源，可能只能产生粗略优化后的DQ信号，所以需要严格对齐保证读取到每个DQ Data Value。
Write场景下的DQ信号由MC控制器端发出，在SOC端的信号优化处理后，能保证DQ信号眼图足够优秀，因此90度相位差能保证每次DQS采样都能在眼图中间区域任意位置读取到每个DQ Data Value。

另外tDQS2DQ的参数对于Periodic Training中的DRAM DQS re-training也有重要意义，下面基于JESD209-4B Chap 4.36 简单讲一下：
DRAM长期工作下的电压和温度都会发生变化，所以在Write场景下，DRAM内部收到的来自SOC的DQS Delay也会发生变化，所以需要重新训练。
常见的方法就是通过MC控制器端发送一次START和STOP指令，时间间隔由MC控制器设定。
DRAM的内部振荡器 Interval Oscillator 在这段时间内开始计数接收到的DQS Counter，计数的结果会存放在MR18和MR19的寄存器内部。
最终计数的值和MC设定的时间间隔比较，就能确定应该如何调整delay来保证Write场景下DRAM收到的DQS仍然有效。

但是需要注意这里DRAM Interval Oscillator的计数结果还需要考虑一部分粒度误差，也就是默认情况下tDQS2DQ对DRAM Internal DQS计数的影响。
因为DRAM内部收到外部DQS差分信号后，经过的Clock Tree本身就存在Delay，这个Delay就是为DQS差分信号和DQ信号之间的skew补偿，也就是tDQS2DQ。
所以DRAM Interval Oscillator粒度误差计算如下:
DQS OSC误差

而DRAM Interval Oscillator的精度就是除去粒度误差和匹配误差（DQS 理想训练电路与实际 DQS 时钟树在电压和温度上的计算差异，由DRAM厂商提供此参数）的结果：
DQS OSC精度

tDQSS

与tDQSCK的计算类似，tDQSS就是等于WL结束的时间点到tWPRE的结束时间点，其中WL的计算就是在CS翻转结束的CK上升沿T3开始计算CK的数量，具体数量由MR2寄存器决定：
MR2

假设在默认配置下，WL为4tCK。
那么在Write Timing中，在CS发送完CAS2命令，结束翻转的T3时间点开始计算，过4个tCK之后，就是tDQSS开始计算的时间点（下图红色竖线 Ta3）。
而DQS第三个上升沿就是tDQSS结束计算的时间点（下图蓝色竖线），tDQSS就是蓝色竖线的时间减去红色竖线的时间即可
tDQSS t