Nand Training Feature

NAND 设备在超过 800MT/s 的重载系统中应支持本章节所述的 Training 功能。

Nand Training Type

  • ZQ Calibration
  • DCC Training
  • Read DQ Training
  • Write DQ Training
    • WDCA(Option)
    • Internal VrefQ

ZQ Calibration

ZQ Calibration 介绍

ZQ Calibration 是一种电子调整过程，用于精确设定芯片 I/O 接口的电阻值，确保高速数据传输中信号的清晰与稳定。其原理类似于调音师用标准音叉校准乐器 —— ZQ Calibration 以一个外部精密参考电阻为基准，校准芯片内部电路的阻抗，使芯片在各种环境变化下都能保持最佳性能。

作为一个动态、持续的过程，内存控制器会在初始化、退出低功耗状态或定期发起 ZQ Calibration 命令，让内存芯片根据实时温度和电压重新校准，确保从轻载到重载的全工况下均处于最佳状态。

核心功能：

  1. 动态阻抗匹配
  2. 补偿环境温度
  3. 提升系统稳定性
  4. 支持高频与高带宽
  5. 降低功耗
  6. 自动化与兼容性

Nand端 ZQ Calibration

  • 对于超过400MT/s速度的NV-DDR3接口，ZQ校准是可选的，但推荐使用。
  • 对于NV-LPDDR4接口，无论数据速率如何，都需要进行ZQ校准。

ZQ Calibration分为长校准和短校准。

两者区别如下：

特性 长校准 短校准
主要目的 全面、精确的校准，建立初始基准或应对重大环境变化 快速、局部的微调，跟踪和补偿微小的漂移
触发时机 1. 上电初始化（Power-On）
2. 退出自刷新模式（Exit Self-Refresh）
3. 温度发生剧烈变化后（由传感器检测）
4. 可能由软件手动触发		 在正常激活状态（Active状态） 下，由内存控制器定期发起
校准时长 较长 tZQCL（通常是时钟周期的数百倍，可以通过看RB拉低时间） 非常短 tZQCS（通常比长校准短一个数量级）
功耗影响 相对较高，因为需要启动完整的校准电路并持续较长时间 非常低，因为只是对当前设置进行小幅修正

注意事项：

  1. tZQCL 或 tZQCS 期间，控制器不得对 NAND 通道（数据总线）执行任何操作，包括读取状态。
  2. 使用 ZQ 校准时，主控端应同步进行 ZQ 校准。
  3. 当前大多数切高速流程已加入 ZQ 长校准，但在实际高速运行中是否需要加入定时 ZQ 短校准，可根据实际情况评估（一般不考虑）。
  4. 若使用 ZQ 短校准，需注意校准时间间隔。
  5. ZQ 校准时，需将 DQ 配置为高阻态（High-Z）。

ZQ Calibration和驱动强度的关系

驱动强度好比音响的音量旋钮，决定了输出信号的驱动能力。而 ZQ 校准则如同专业音响校准程序，能根据现场环境（温度、电压）的变化自动调整，确保无论何种工况下，信号都保持清晰精准。

注意：当前 DataSheet 对驱动强度和 ZQ 校准的配置顺序没有明确要求，但在高速流程中通常是先设置驱动强度再进行 ZQ 校准。

DCC Training

DCC Training（Duty Cycle Correction Training，占空比校正训练）是提升高速 NAND 接口数据传输可靠性的关键技术，主要用于校准 RE_t/c 信号的占空比，以提供最佳数据采样窗口。

FW 可发出以下两种时序，通过查询 SR[0] 确认当前 RE_t/c 是否正常。若 SR[0] == 1，需调整占空比后重新发起。

DCC Training 的两种方式

DCC Training Using Set Feature

  • 开始 DCC Training 前，Set Feature 20h P1[0] 置 1，使能 DCCE_EN。
  • 发起 Random Out 时序，无需处理返回数据。NAND 在 RE Toggle 阶段内部对 RE 时钟进行校准。
  • 通过 Read Status 命令检查 SR[0]。若 Fail，主控需调整 REDCC 相关配置，重新发起 Random Out 校准。
  • 完成 DCC Training 后，需将 DCCE_EN 关闭（Disable）。

DCC Training by using Command

  • 18h 后读取的长度为完整的 Page Size。
  • 无需处理返回的数据。
  • 通过 Read Status 命令检查 SR[0]。若 Fail，NAND 先发起 Reset（FFh），完成后主控再调整 REDCC 相关配置，重新进行校准。

DQ Training

Read/Write Training 的核心目的是通过校准 DQ（数据）与 DQS（数据选通）的时序偏移以及 NAND / 主机的内部参考电压（VrefQ），确保高速读写时数据采样准确。此功能仅适用于 NV-DDR3 和 NV-LPDDR4 接口。

如上图所示，FW 读取数据时，DQS 的边沿并不恰好对齐 DQ 的中心，两者之间存在相位偏移（Skew）。若偏移较大且未采取补偿措施，则可能导致采样出错。
由于 FW 无法改变 NAND 发出的时序，因此需要通过反复进行 Read Data 训练来确认 DQ 与 DQS 之间的偏移量，并据此调整 FW 接收端 DQ 和 DQS 的 Delay。
目前常见的 Delay 确认方法是：找到左右边界后取中间值。

Read DQ Training

Read DQ Training 使 NAND 输出 16Byte（部分厂商可达 32Byte）用户自定义 Pattern 的 DQ 数据。主控侧通过调节 RDQ 与 RDQS 的相位/延迟，确保能正确读取 NAND 侧的数据。

相关时序如下：

NAND 返回的数据为固定值，具体数据由发出的 ADDR 决定（Inverse Set / 1st Pattern / 2nd Pattern）。
以下为官方示例：Inverse Set = 0x35, 1st Pattern = 0x5A, 2nd Pattern = 0x82 时，FW 发送 62h 后 NAND 返回的数据内容：

注意：NAND 输出 16Byte 还是 32Byte 的数据，可通过 Set Feature FA 20h P3 配置（部分介质固定）。

Write DQ Training

Write DQ Training 同样面临 DQS 与 DQ 之间的偏移问题，但方向相反 —— Write Training 用于纠正主控发送给 NAND 端的 DQS 与 DQ 之间的偏移。
Write DQ Training 通过 NAND 的”写入 + 读取”来验证数据正确性，主控侧通过调节 WDQ 与 WDQS 的相位/延迟，确保数据写入成功。

参考时序如下：

  • 63h：Host 发送数据给 NAND。
  • 64h：Host 读取写入到 NAND 的数据。

Write Training Data Size 由 NAND 预先定义，可通过 Get Feature Addr 20h P3[3:0] 获取。

FW 通过比对读回的数据与预期数据是否一致来判断 Write DQ Training 是否通过。

Internal VrefQ Training（DDR4 Only）

在 NV-LPDDR4 模式下，NAND Internal VrefQ Calibration 是提升高速信号完整性的必要条件。通过 Write DQ Training 中的连续读写操作配合内部 VrefQ 校准，可实现精准的 VrefQ 校准。

Internal VrefQ Training 通过遍历设定值、找左右边界取中间值来获得最佳 Vref 值。

Internal VrefQ Training 需要配合 Write Training 进行，以找到最佳 Vref 配置。