JP2016031627A - メモリシステムの終端回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】オンボードメモリのみの形態で使用する場合と、オンボードメモリとメモリモジュールとを組み合わせた形態で使用する場合の両方で電圧ノイズマージンを向上させるメモリシステムの終端回路を提供する。【解決手段】オンボードメモリのメモリコントローラ及び複数のメモリデバイスがフライバイ配線で接続されたメモリシステムの終端回路において、メモリコントローラの最も近いメモリデバイスの入力端子に、順に第1のスイッチ及び第1の終端抵抗が直列に接続され、フライバイ配線の端部には、第2のスイッチ及び第2の終端抵抗と、第3の終端抵抗とが並列に配置され、メモリモジュールがオンボードメモリのコネクタに挿入されると、第1のスイッチは通電し、第2のスイッチは遮断し、メモリモジュールがコネクタから抜かれると、第1のスイッチは遮断し、第2のスイッチは通電する。【選択図】図1

Description

本発明は、メモリシステムの終端回路に関するものである。
一般的なDDR3(Double Data Rate3)メモリなどのメモリシステムは、メモリコントローラ、複数のメモリデバイス及びそれらが実装され信号接続配線を含むプリント配線板から構成される。
複数のメモリデバイスはメモリコントローラからのアドレスコマンド信号を受信することにより制御され、メモリコントローラと複数のメモリデバイスとの間でデータ信号の送受信がおこなわれる。
DDR3メモリは信号伝送タイミングを調整する機能を内蔵しており、アドレス信号及びコマンド信号は、複数のメモリを接続するフライバイ配線と呼ばれる一筆書き配線に沿ってルーティングされる(非特許文献1参照)。図4は、フライバイ配線のトポロジの一例の模式図であり、信号端子122から終端抵抗125及び終端電圧126まで、メモリデバイス121a〜121dが、それぞれ分岐配線124a〜124dを介して基幹配線123により接続される。
特に高機能な電子機器では、メモリ容量の確保のため、複数のメモリが搭載される。メモリシステムの構成には、一般的に、オンボードメモリと、オンボードメモリ及びメモリモジュールの組み合わせとがある。ここで、オンボードメモリとは、複数のメモリデバイスをメイン基板に直接接続した構成である。また、メモリモジュールとは、SO-DIMM(Small Outline Dual Inline Memory Module)のように、複数のメモリデバイスがモジュール基板に搭載され、コネクタを介してメイン基板に接続される構成である(非特許文献1参照)。
図6は、一般的なオンボードメモリのみで構成されたメモリシステムにおけるアドレス信号配線の模式図である。100はメモリコントローラであり、102はオンボードメモリであり、103a〜103dはプリント基板に直接接続されたメモリデバイスである。104は基幹配線であり、105a〜105dは分岐配線である。106は終端抵抗であり、114は終端電圧である。メモリコントローラ100、メモリデバイス103a〜103d及び終端抵抗106は、基幹配線104及び分岐配線105a〜105dからなるフライバイ配線で接続される。
次に、オンボードメモリとメモリモジュールとを組み合わせたメモリシステムでは、プリント基板上にコネクタを設け、コネクタを介してオンボードメモリにメモリモジュールが接続される(特許文献1参照)。
特開2001−22684号公報
JEDEC STANDARD No.21C PC3-6400/PC3-8500/PC3-10600/PC3-12800 DDR3 Unbuffered SO-DIMM Reference Design Specification p.41、p.65 DDR3 SDRAM Standard JESD79-3F、8.1.1 AC and DC Logic Input Levels for Single-Ended Command and Address Signals、p.113
しかしながら、オンボードメモリとメモリモジュールとを組み合わせたメモリシステムでは、終端抵抗が並列に接続されるため、合成抵抗値が小さくなる。その結果、信号振幅が低下して、電圧ノイズマージンが減少するという問題があった。
本発明の目的は、オンボードメモリのみの形態で使用する場合と、オンボードメモリとメモリモジュールとを組み合わせた形態で使用する場合の両方で電圧ノイズマージンを向上させるメモリシステムの終端回路を提供することである。
本発明の一実施形態は、オンボードメモリ及びメモリモジュールで構成されるメモリシステムの終端回路であって、オンボードメモリのメモリコントローラ及び複数のメモリデバイスがフライバイ配線で接続され、メモリコントローラに最も近いメモリデバイスの入力端子に、順に第1のスイッチ及び第1の終端抵抗が直列に接続され、フライバイ配線の端部には、第2の終端抵抗及び第2のスイッチと、第3の終端抵抗とが並列に接続され、メモリモジュールの接続端子がオンボードメモリのコネクタに挿入されると、第1のスイッチは通電し、第2のスイッチは遮断し、接続端子がコネクタから抜かれると、第1のスイッチは遮断し、第2のスイッチは通電する、ことを特徴とするメモリシステムの終端回路を提供する。
本発明のメモリシステムの終端回路では、リンギングが低減されつつ、信号振幅が維持される。また、本発明のメモリシステムの終端回路では、電圧ノイズマージンが改善される。
第1実施形態の終端回路を含むアドレス信号配線の模式図である。 本実施例の終端回路を含むアドレス信号配線の模式図である。 本実施例のアドレス信号のシミュレーション波形である。 メモリモジュールのアドレス信号配線の模式図である。 メモリモジュールの各メモリデバイスの入力端子で観測したアドレス信号のシミュレーション波形である。 オンボードメモリのアドレス配線の模式図である。 オンボードメモリのアドレス信号のシミュレーション波形である。 従来技術に係るメモリシステムのアドレス信号のシミュレーション波形である。 従来技術に係るメモリシステムのアドレス信号配線の模式図である。
[一実施形態]
図1は、本発明の一実施形態のメモリシステムの終端回路を含むアドレス信号配線の模式図である。まず、本実施形態のメモリシステムの終端回路に関する構成要素を説明する。
図1において、1はメモリコントローラであり、2はオンボードメモリであり、3a〜3dはプリント基板に直接接続された複数のメモリデバイスである。4は基幹配線であり、5a〜5dは分岐配線である。6は終端抵抗である。7はスイッチ付き終端抵抗であり、スイッチ8及び終端抵抗9で構成されている。10は終端電圧である。11はスイッチ付き終端抵抗であり、スイッチ12及び終端抵抗13で構成されている。14は終端電圧である。15は制御信号であり、スイッチ8及び12の通電及び遮断の切り替えに使用する。16はコネクタである。20はメモリモジュールであり、21a〜21dはメモリモジュールに搭載されたメモリデバイスである。22は接続端子であり、コネクタ16に挿入される。23はメモリモジュール20のモジュール基板上の基幹配線であり、24a〜24dは分岐配線である。25は終端抵抗であり、26は終端電圧である。
次に、本実施形態のメモリシステムの終端回路の接続について説明する。メモリコントローラ1及びメモリデバイス3a〜3dは、基幹配線4及び分岐配線5a〜5dからなるフライバイ配線で接続される。メモリコントローラ1の最も近くに配置されたメモリデバイス3aの信号の入力端子3aiは、スイッチ付き終端抵抗7に接続される。つまり、メモリデバイス3aの信号入力端子3aiから順に、スイッチ8、終端抵抗9及び終端電圧10が直列に接続される。また、終端抵抗6は、スイッチ付き終端抵抗11と並列に接続される。つまり、スイッチ12及び終端抵抗13と終端抵抗6とは、フライバイ配線の基幹配線4の端部における終端電圧14に並列に接続される。スイッチ8及び12は、コネクタ16を介して、制御信号15に接続される。
メモリモジュール20では、接続端子22及びメモリデバイス21a〜21dは、基幹配線23及び分岐配線24a〜24dからなるフライバイ配線で接続される。基幹配線23に終端抵抗25が接続され、終端抵抗25は終端電圧26にプルアップされる。
次に、本実施形態の終端回路の動作方法について説明する。メモリモジュール20の接続端子22がコネクタ16に挿入されると、スイッチ8は通電し、スイッチ11は遮断する。また、メモリモジュール20の接続端子22がコネクタ16から抜かれると、スイッチ8は遮断し、スイッチ11は通電する。
ここで、図7〜9を用いて、従来技術の構成における電圧ノイズマージンについて説明する。
図7はオンボードメモリのみで構成されたメモリシステムの、アドレス信号のコンピュータシミュレーション波形の一例である。波形の観測点は、メモリコントローラ100に最も近いメモリデバイス103aの入力端子103aiで行った(図6参照)。図7の横軸は時間、縦軸は電圧である。図7の矢印130が電圧ノイズマージンを示し、矢印131は信号振幅を示している。
ここで、電圧ノイズマージンは、信号電圧とメモリデバイスへの入力電圧の規格値(非特許文献2参照)との差分である。電圧ノイズマージンを十分に確保できない場合、論理判定ができなくなり誤動作を引き起こすことがある。図7では、電圧ノイズマージン130が180mVあり、十分な電圧ノイズマージンが確保されている。
図9は、従来技術に関するオンボードメモリとメモリモジュールとを組み合わせたメモリシステムのアドレス信号配線の模式図である。100はメモリコントローラであり、102はオンボードメモリであり、103a〜103dはプリント基板に直接接続される。104は基幹配線であり、105a〜105dは分岐配線である。106は終端抵抗であり、114は終端電圧である。116はコネクタであり、120はメモリモジュールであり、121a〜121dはメモリモジュールに搭載されたメモリデバイスである。122は接続端子であり、123はモジュール基板上の基幹配線であり、124a〜124dは分岐配線である。125は終端抵抗であり、126は終端電圧である。
図9の構成において、メモリコントローラ100とメモリデバイス103a〜103dが、基幹配線104及び分岐配線105a〜105dからなるフライバイ配線で接続される。基幹配線104の端部に終端抵抗106が接続され、終端抵抗106は終端電圧114に接続される。メモリモジュール120では、接続端子122とメモリデバイス121a〜121dが、基幹配線123及び分岐配線124a〜124dからなるフライバイ配線で接続される。また、終端抵抗125は基幹配線123に接続され、終端抵抗125は終端電圧126にプルアップされる。
オンボードメモリとメモリモジュールとを組み合わせたメモリシステムでは、オンボードメモリに係るメイン基板上の終端抵抗106と、メモリモジュールに係るモジュール基板上の終端抵抗125によって、波形の乱れを低減する。
図8は、図9に示す従来技術に係るメモリシステムの終端回路に関するアドレス信号のシミュレーション波形である。図8において、矢印132は電圧ノイズマージンを示し、矢印133は信号振幅を示している。図7のオンボードメモリのみで使用した場合の電圧ノイズマージン130及び信号振幅131と比較すると、図8のシミュレーション結果では、信号振幅133が低下し、波形のリンギングが増大した。その結果、オンボードメモリとメモリモジュールとを組み合わせたメモリシステムにおける電圧ノイズマージンは、オンボードメモリのみの場合の値に比べて減少する。
信号振幅は、メモリコントローラ100の送信回路(不図示)の内部の抵抗値と終端の抵抗値との分圧によって定まる。そうすると、オンボードメモリとメモリモジュールとを組み合わせたメモリシステムの場合、終端抵抗106及び125が並列に挿入され、終端抵抗の合成値が半分になるため、オンボードメモリのみの状態よりも信号振幅が低下することになる。さらに、メモリモジュールがオンボードメモリに挿入されたことにより、オンボードメモリのみの状態よりも線路インピーダンスの不連続点が多くなり、反射波が増加するため、リンギングが増大する。その結果、メモリモジュールを挿入すると、信号振幅の低下とリンギングの増大によって、電圧ノイズマージンが減少する。そうすると、オンボードメモリとメモリモジュールを組み合わせたメモリシステムにおいて、電源ノイズマージンを大きくするためには、リンギングを低減すること及び信号振幅を維持することが必要である。以上、従来技術に関する説明である。
そこで、本発明の一実施形態は、リンギングの要因となる反射波を終端抵抗の追加によって低減する。終端抵抗は、リンギングの大きさへの寄与度から主要な個所に配置する。また、反射波を低減するために終端抵抗を追加すると、合成抵抗値が小さくなり、信号振幅が低下することになるが、当該追加の前後で信号振幅が変化しないように、本発明の一実施形態は、終端の合成抵抗値を切り替えることで信号振幅を維持する。
ここで、図5を用いて終端抵抗を追加する位置について説明する。図5は、フライバイ配線の各メモリデバイス3a〜3dの入力端子3ai〜3diにおけるアドレス信号のシミュレーション波形を示し、図5(a)〜(d)の結果は全て同一の条件で測定されたものである。図5(a)から(d)の順に、メモリコントローラ1から遠くなるように配置されたメモリデバイス3a〜3dの入力端子3ai〜3diで観測された波形を示している。図5(a)に示すように、メモリコントローラ1に最も近くに配置されたメモリデバイス3aからの反射波の影響が最も大きく、電圧ノイズマージンが低下していることが分かった。そこで、本実施形態では、メモリコントローラ1に最も近く配置されたメモリデバイス3aの入力端子3aiに、反射波を低減するためにスイッチ付き終端抵抗7を接続する。
次に、反射波の低減のために終端抵抗を追加した分、合成抵抗値は小さくなるため、信号振幅が低下することになる。そこで、本実施形態は、信号振幅が低下しないように、フライバイ配線の端部に配置した終端抵抗6にスイッチ付き終端抵抗11を並列接続し、反射波を低減するための終端抵抗9の追加前後で、合成抵抗が変化しないように切り替えを行う。メモリモジュール20の接続端子22がコネクタ16に挿入されていないとき、基幹配線4の端部に配置した終端抵抗6、11の抵抗値が基幹配線の線路インピーダンスと整合するようにする。そして、好ましくは、終端抵抗9の抵抗値と終端抵抗13の抵抗値とを等しい値に設定することで、メモリモジュール20の接続端子22がコネクタ16に挿入されたときにも、合成抵抗は変化しないようにすることができる。
このような本実施形態に係る終端回路の構成と動作によって、リンギングを低減すること及び信号振幅を維持することができ、電圧ノイズマージンを改善することができる。以下実施例を用いて、電圧ノイズマージンが改善されることを示す。
図2は、本発明の一実施例に係るメモリシステムの終端回路を含むアドレス信号配線を示した模式図である。まず、図2を用いて、本実施例に係るメモリシステムの終端回路を含むアドレス信号の構成要素を説明する。
図2において、図1と同じ符号を付したものは同一の要素を示すものであり説明を適宜省略する。ただし、図2では省略しているが、本実施例では限定されないが、プリント基板に直接接続されたメモリデバイス3a〜3dの数を4個とし、メモリデバイス3a〜3dはそれぞれ分岐配線5a〜5dを介して基幹配線4に接続されている。また、本実施例ではスイッチ8及び12は、FET(Field effect transistor)スイッチであり、15は電源であり、17a、17bはコネクタ16の電源端子である。また、図2では省略しているが、メモリモジュール20に搭載されたメモリデバイス21a〜21dの数を4個とし、メモリデバイス21a〜21dはそれぞれ分岐配線24a〜24dを介して基幹配線23に接続されている。
本実施例に係る終端回路を含むアドレス信号配線の接続についても、図1と基本的に同様であり説明を省略する。なお、スイッチ8及び12の制御端子8a及び12aは、コネクタ16の電源端子17bに接続され、電源15はコネクタ16の電源端子17aに接続されている。
次に、本実施例に係るメモリシステムの終端回路の動作方法について説明する。メモリモジュール20の接続端子22がコネクタ16に挿入されると、コネクタ16の電源端子17a及び17bは通電する。コネクタ16の電源端子17bからスイッチ8及び12の制御端子8a及び12aに電圧がかかり、スイッチ8は通電し、スイッチ12は遮断する。スイッチ8が通電することにより、メモリデバイス3aの信号入力端子3aiと反射を低減するための終端抵抗9とが接続されることになる。また、スイッチ12が遮断することで、基幹配線4と終端抵抗13とが未接続となり、基幹配線4には終端抵抗6及び13のうちの終端抵抗6のみが接続され、その結果、当該終端における合成抵抗値は高くなる。そして、メモリモジュール20がコネクタ16から抜かれると、コネクタ16の電源端子17a及び17bは遮断される。その結果、スイッチ8は遮断し、スイッチ12は通電する。
本実施例のメモリシステムの終端回路を用いて、アドレス信号の電圧ノイズマージンをコンピュータシミュレーションによって求めた。シミュレータとして、SYNOPSYS社製のHSPICE(登録商標)製品を用いた。プリント基板上の基幹配線4の線路インピーダンスを40Ωとし、メモリコントローラ1からコネクタ16までの基幹配線4の長さを50mmとした。コネクタ16から分岐配線5aまでの基幹配線4の長さを10mmとし、分岐配線5a〜5b、5b〜5c及び5c〜5dの間隔における基幹配線4の長さを、それぞれ16.5mmとした。分岐配線5a〜5dの線路インピーダンスを50Ωとし、各分岐配線5a〜5dの長さを4mmとした。分岐配線5dから終端抵抗6までの基幹配線4の長さを25mmとした。
また、モジュール基板上の基幹配線23の線路インピーダンスを40Ωとした。接続端子22から分岐配線24aまでの基幹配線23の長さを55mmとした。分岐配線24a〜24b、24b〜24c及び24c〜24dの間隔における基幹配線23の長さを、それぞれ16.5mmとした。分岐配線24a〜24dの線路インピーダンスを50Ωとし、各分岐配線24a〜24dの長さを4mmとした。分岐配線24dから終端抵抗25までの基幹配線23の長さを25mmとした。終端抵抗25の抵抗値を39Ωとした。
メモリモジュール20の接続端子22がコネクタ16に挿入された状態を想定し、メモリデバイス3aの入力端子3aiに反射波を低減するための終端抵抗9を接続し、終端抵抗9の抵抗値を300Ωとした。また、基幹配線4の端部に並列に接続された終端抵抗6及び13の抵抗値をそれぞれ42Ω及び300Ωとした。メモリモジュール20の接続端子22がコネクタ16に挿入された状態では、終端抵抗9の追加による信号振幅の低下を防止するため、終端抵抗13は未接続とされる。
ここで、基幹配線4の端部に接続された終端抵抗6及び13の抵抗値は、基幹配線4の線路インピーダンス(40Ω)に対して整合(±10%の範囲:36Ω〜44Ω)するように設定した。つまり、メモリモジュール20の接続端子22がコネクタ16に挿入された状態では、終端の合成抵抗値を、終端抵抗6のみの抵抗値である42Ωとした。他方、メモリモジュール20の接続端子22がコネクタ16から抜かれた状態では、終端の合成抵抗値を、終端抵抗6及び13の合成抵抗値である37Ω(≒42×300/(42+300))とした。
図3は、本実施例の波形シミュレーションの結果である。この波形シミュレーションの観測点は、メモリコントローラに最も近いメモリデバイスの3aの入力端子3aiである(図2参照)。図3の横軸は時間、縦軸は電圧である。本実施例のシミュレーション結果では、電圧ノイズマージン30が68mVとなった。
ここで、図9に示す従来技術の構成に関するシミュレーション結果(図8)を比較例として求めた。この比較例では、図9の従来技術の構成において、本実施例と同様に、図9中では省略しているが、プリント基板に直接接続されたメモリデバイス103a〜103dの数を4個とし、それぞれ分岐配線105a〜105dを介して基幹配線104に接続される。また、メモリモジュール20に搭載されたメモリデバイス121a〜121dの数を4個とし、それぞれ分岐配線124a〜124dを介して基幹配線123に接続される。
本実施例と同様の方法により、比較例における電圧ノイズマージンをコンピュータシミュレーションによって求めた。なお、プリント基板上の基幹配線104の線路インピーダンスを40Ωとし、コントローラ100からコネクタ116までの基幹配線104の長さを50mmとした。コネクタ116から分岐配線105aまでの基幹配線104の長さを10mmとし、分岐配線105a〜105b、105b〜105c、105c〜105d間の基幹配線104の長さを、それぞれ16.5mmとした。分岐配線105a〜105dの線路インピーダンスを50Ωとし、各分岐配線105a〜105dの長さを4mmとした。分岐配線105dから終端抵抗106までの基幹配線104の長さを25mmとし、終端抵抗106の抵抗値を39Ωとした。
また、モジュール基板上の基幹配線123の線路インピーダンスを40Ωとし、接続端子122から分岐配線124aまでの基幹配線123の長さを55mmとした。分岐配線124a〜124b、124b〜124c、124c〜124d間の基幹配線123の長さを、それぞれ16.5mmとした。分岐配線124a〜124dの線路インピーダンスを50Ωとし、各分岐配線124a〜124dの長さを4mmとした。分岐配線124dから終端抵抗125までの基幹配線123の長さを125mmとし、終端抵抗125の抵抗値を39Ωとした。
図8は従来技術の構成に係る比較例の波形シミュレーション結果であり、波形の観測点は、メモリコントローラに最も近いメモリデバイスの103aの入力端子103aiである。図8の横軸は時間、縦軸は電圧である。比較例のシミュレーション結果では、電圧ノイズマージン132が58mVとなった。
本実施例と比較例とをまとめると以下の表1のとおりである。
Figure 2016031627
本実施例及び従来技術の構成に係る比較例の電圧ノイズマージンを比較すると、本発明に係る構成によって、10mVの電圧ノイズマージンが改善した。
1 メモリコントローラ
2 オンボードメモリ
3a〜3d プリント基板に直接接続されたメモリデバイス
4 メイン基板上の基幹配線
5a〜5d 分岐配線
6 終端抵抗
7 スイッチ付き終端抵抗
8 スイッチ
9 終端抵抗
10 終端電圧
11 スイッチ付き終端抵抗
12 スイッチ
13 終端抵抗
14 終端電圧
15 スイッチ8及び12の制御信号
16 コネクタ
17a、17b コネクタの電源端子
20 メモリモジュール
21a〜21d メモリモジュールに搭載されたメモリデバイス
22 接続端子
23 モジュール基板上の基幹配線
24a〜24d 分岐配線
25 終端抵抗
26 終端電圧

Claims (3)

  1. オンボードメモリ及びメモリモジュールで構成されるメモリシステムの終端回路であって、
    前記オンボードメモリのメモリコントローラ及び複数のメモリデバイスがフライバイ配線で接続され、
    前記メモリコントローラに最も近い前記メモリデバイスの入力端子に、順に第1のスイッチ及び第1の終端抵抗が直列に接続され、
    前記フライバイ配線の端部には、第2の終端抵抗及び第2のスイッチと、第3の終端抵抗とが並列に接続され、
    前記メモリモジュールの接続端子が前記オンボードメモリのコネクタに挿入されると、前記第1のスイッチは通電し、前記第2のスイッチは遮断し、
    前記接続端子が前記コネクタから抜かれると、前記第1のスイッチは遮断し、前記第2のスイッチは通電する、ことを特徴とするメモリシステムの終端回路。
  2. 前記第3の終端抵抗の抵抗値が、前記フライバイ配線の基幹配線の線路インピーダンスに整合し、
    前記第1及び第3の終端抵抗の合成抵抗値が、前記線路インピーダンスに整合し、
    前記第2及び第3の終端抵抗の合成抵抗値が、前記線路インピーダンスに整合する、ことを特徴とする請求項1に記載のメモリシステムの終端回路。
  3. 前記第1のスイッチが通電すると、前記第1の終端抵抗は前記入力端子に接続され、前記第1のスイッチが遮断すると、前記第1の終端抵抗と前記入力端子とは互いに未接続となり、
    前記第2のスイッチが通電すると、前記第2の終端抵抗は前記フライバイ配線に接続され、前記第2のスイッチが遮断すると、前記第2の終端抵抗と前記フライバイ配線とは互いに未接続となる、ことを特徴とする請求項1又は2に記載のメモリシステムの終端回路。
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