インテグリティな技術コラム(9) ―― メモリ・モジュールのクロック分配

　前回はメモリのデータ・バスについて述べました．今回は，メモリのもう一つの信号であるクロックについて述べます．データとクロックとでは，波形乱れとスキューに対する許容度が大きく異なります．データは，極端な言い方をすれば，タイミングさえ間に合えば，波形乱れもスキューも許されます．しかしクロックは，基本的には波形乱れがなくて，出来るだけ小さなスキューであることが要求されます．DDR2までは，クロック信号は，いわゆるトーナメント方式と呼ばれる方法で分配していましたが，DDR3では芋づるのように次々とつないでいく方式が採用されています．

　ここでは波形乱れを生じない信号伝送方式について，おさらいをしてみましょう．

コラム・連載「インテグリティな技術コラム」 バック・ナンバ
第1回  反射波形にはさまざまな情報が詰まっている
第2回  パルス幅によって変化するノイズの影響
第3回  ラプラス変換による分布定数の解
第4回  ラプラス変換からフーリエ変換へ
第5回  差動インピーダンス
第6回  転換点は10年前，メモリが非同期型から同期型へ
第7回  スタブの反射はSSTLで回避
第8回  メモリ・バスの周波数特性と転送速度

●波形乱れを生じない1対1伝送

　波形乱れを生じない信号伝送は，基本的には1対1伝送です．1対1伝送は，接続点がドライバ（近端）とレシーバ（遠端）の2個所で，そのうちの1個所のみインピーダンスの非整合が許されます．

　図1(a)のように，レシーバ側のみを整合する方式を「遠端終端方式」といいます．この方式は，消費電力の増加と振幅の低下を招きますが，ドライバからレシーバに至る線路上のすべての点で波形乱れが生じません．

図1　1対1整合伝送

　一方，図1(b)のように，ドライバ側のみを整合する方式を「送端終端方式」といいます．消費電力の増加や振幅の低下もなく，経済的な伝送方式ですが，波形乱れがないのは遠端のみです．最適なダンピング抵抗を挿入した場合，ほぼ送端終端に近くなります．一般的に，わずかにレシーバ側でオーバ・シュートを持たせるようにダンピング抵抗を選ぶことが多いので，「ほぼ」というわけです．「ほぼ」の整合の度合いを表す反射係数は，（完全整合の0に対して）－0.1～－0.2程度です．

　もちろん，ドライバ側，レシーバ側の両方を整合する，いわゆる両終端という方式もありますが，クロック伝送にはあまり用いられません．

●1対1伝送を複数回路重ねる1対n伝送

　1対1伝送の変形が，一つのドライバから複数の負荷に信号を分配する1対n伝送です．これは，1対1伝送を複数回路重ねた形です．重ね合わせる複数の線路の遅延時間が等しければ，特性インピーダンスが低くなります．このことを除けば，回路のふるまいは1対1伝送の場合と同じです．

　ここで注意したいのは，図2に示すように，等長（厳密には等遅延）条件が満たされていないと，わずかな配線長の違いによる反射の影響によりハザード（ひげ）が生じます．

図2　非等長の1対2伝送

　等長条件を満たせば，例えば24mAのドライバなら，図3のように，一つのドライバから1対4に信号を分配することも可能です．12mAのドライバなら1対2程度ですが，二つのドライバを並列に接続して等価的に24mAドライバにして4本を駆動することも可能です．

図3　1対4伝送

　この方式は，配線条件さえ満たせば，スキューのないクロック分配を行えます．