Nand Training Feature

Training features shown in this section shall be supported by NAND devices operating over 800MT/s in heavily loaded systems.

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，用于精确设定芯片输入/输出接口的电阻值，以确保在高速数据传输中信号清晰稳定，减少错误。ZQ Calibration就是这个“调音师”，它使用一个外部精密参考电阻作为“标准音叉”，来校准芯片内部电路这个“乐器”的音准（电阻值），无论环境如何变化，都能保持最佳性能。

ZQ Calibration的作用：它是一个动态、持续的过程。内存控制器会在初始化、退出低功耗状态、或者定期发起ZQ Calibration命令，让内存芯片根据当前的实时温度和电压重新进行校准，确保从轻载到重载的全工况下都能保持最佳状态。

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. 在tZQCL或tZQCS期间，控制器不得对NAND通道（即数据总线）执行任何操作，包括读取状态。
  2. 如果需要使用ZQ校准时，需要注意主控端应当同步进行ZQ校准。
  3. 目前大多数切高速的流程中加了ZQ校准流程（ZQ长校准），但是实际高速运行过程中，是否需要加入定时的ZQ短校准，可以根据实际情况提出方案（一般不考虑）。
  4. 如果需要使用ZQ短校准，应该需要注意时间间隔。
  5. ZQ校准时，需要将DQ配置为High阻抗。

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“推力”或“力度”。而ZQ校准则像一个专业的音响系统校准程序，它能根据现场环境（温度、电压）的变化，自动调整每个扬声器的音量和音色，确保无论处于音乐厅还是露天场地，播放效果都清晰精准、不失真。

注意：目前DataSheet在配置驱动强度和ZQ校准上没有明确先后顺序要求，但是在高速流程图里，是先设置驱动强度再去配置ZQ校准。

DCC Training

NAND Flash 中的 DCC Training（Duty Cycle Correction Training，占空比校正训练）是一项用于提升高速NAND接口数据传输可靠性的关键技术。它主要用于校准信号RE_t/c的占空比，以提供最佳的数据采样窗口。

FW可以发出以下两种时序，查询SR[0]的结果来确认当前RE_t/c是否能够正常使用。如果SR[0] == 1，需要调整占空比后，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]设置为1，将DCCE_EN使能
  • 发起Random out时序，不需要处理返回的数据。Nand 在RE Toggle阶段，内部RE时钟正在进行校准
  • 通过Read Status命令查看SR[0]进行check。若fail，主控需要调整REDCC相关配置，重新发起Random out进行校准
  • 完成DCC Training后，需要将DCCE_EN Disable

DCC Training by using Command

  • 18h后读取的长度为完整的page size
  • 不需要处理返回的数据
  • 通过Read Status命令查看SR[0]进行check。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、NAND / 主机的内部参考电压（VrefQ），确保高速读写时数据采样准确，仅适用于 NV-DDR3 和 NV-LPDDR4 接口。

如上图可见，FW读取数据时，DQS的边沿并不是恰好指向DQ中间，两者可能会有一个gap（专业术语叫相位偏移Skew）。如果gap比较大，且FW没有采取任何措施的话，那么可能会造成采样出错。
由于FW无法改变Nand发出的时序，因此FW需要通过不断地进行read data训练，寻找一定规律，确认Nand发出的DQ和DQS之间的gap大致是多少，并调整FW接收端的DQ和DQS的delay。
当前常见确认delay的方法是：找到左右边界然后取中间值。

Read DQ Training

Read DQ Training是Nand输出16Byte用户自定义Pattern DQ数据的功能（一些厂商可能提供32Byte）。主控侧通过调节RDQ与RDQS的相位/延迟，确保可以正确读取Nand侧的数据。

相关时序如下：

Nand反馈的数据是一个相对固定的值，具体数据由发出去的ADDR决定（Inverse Set/ 1st Pattern/ 2nd Pattern）。
以下为官方提供的一个Inverse Set = 0x35; 1st pattern = 0x5A；2nd pattern = 0x82时，FW发送62h nand吐出的数据内容：

需要注意的是，Nand吐出16Byte还是32byte的数据，可以通过set feature FA 20h P3来决定（有些介质固定）。

Write DQ Training

Write DQ Training与Read DQ Training一样，DQS与DQ存在Gap。与之不同的是，Write Training是为了纠正主控发送给Nand端的DQS与DQ之间的Gap。
Write DQ Training是通过Nand的写+读来确定写入的数据是否正常，主控侧通过调节WDQ与WDQS的相位/延迟，确保可以写入数据成功。

参考时序如下：

  • 63h CMD用于Host发送数据给Nand。
  • 64h CMD用于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]进行获取

FW是通过读取写入的数据是否与预期一致来判断Write DQ training是否通过。

Internal VrefQ Training（DDR4 Only）

在NV-LPDDR4模式下，NAND内部VREFQ校准是提升高速信号完整性的必要条件。通过写入DQ训练中的连续读写操作配合内部VREFQ校准，可实现对VREFQ的精准校准。

Internal VrefQ Training是通过遍历设定值，找左右边界取中间得到一个比较合适的Vref。

Internal VrefQ Training需要通过Write Training配合进行，找到最佳Vref配置。