Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2003 №6

Микросхемы памяти компании STMicroelectronics. Часть 1

Юдин Анатолий


В статье рассказывается о принципах построения микросхем памяти и дается обзор различных видов памяти разрабатываемых и производимых компанией STMicroelectronics, одного из мировых лидеров по производству электронных компонентов, в том числе микросхем па-мяти, и обладающей уникальной технологией производства Flash-памяти и программируе-мых систем памяти на одном кристалле.

Все статьи цикла:

1. Виды микросхем памяти компании STMicroelectronics

Уважаемый читатель! В последнее время на страницах специализированных журналов часто встречаются публикации посвященные микросхемам памяти различных производителей, в том числе и обзорные статьи. Вместе с тем, далеко не всегда при перечислении компаний-производителей микросхем памяти обращается должное внимание на одного из миро-вых лидеров в этой области - компанию STMicroelectronics. Для восполнения пробелов в данном вопросе и предназначена серия статей, первая из которых предлагается Вашему вниманию.

В настоящее время компания STMicroelectronics (ST) разрабатывает и производит в промышленных масштабах следующие виды микросхем памяти:

  • EPROM - широко представлена память с ультрафиолетовым стиранием и с однократным программированием, в том числе стандартные микросхемы памяти OTP и UV EPROM, усовершенствованные микросхемы памяти OTP и UV EPROM семейства Tiger Range, микросхемы нового типа памяти FlexibleROM, разработаного для замены Mask-ROM, а также микросхемы памяти PROM и RPROM компании WSI (США), вошедшей в состав ST;
  • EEPROM и SERIAL NVM (последовательная энергонезависимая долговременная память) - из последовательной перепрограммируемой энергонезависимой памяти выпуска-ются микросхемы памяти EEPROM с различным шинным интерфейсом, последовательная FLASH-память, стандартные микросхемы памяти специального назначения (ASM) и бескон-тактные (CONTACTLESS MEMORIES) микросхемы памяти;
  • Flash-память - в производстве у ST находятся микросхемы Flash-памяти: индустриального стандарта с различным питанием, микросхемы Flash-памяти с усовершенствованной архитектурой для различных областей применения, микросхемы с разнородной памятью и микросхемы Flash-памяти семейства "LightFlash";
  • SRAM - ST производит асинхронные маломощные микросхемы памяти SRAM с различным питанием и быстродействием;
  • NVRAM - имеются решения для SRAM с батарейной поддержкой по питанию и генераторов импульсов времени (часов истинного времени);
  • PSM - в соответствии со стратегическим направлением создания "систем на кристал-ле", ST разрабатывает и производит микросхемы программируемых систем памяти, которые обеспечивают комплексное системное решение памяти для микроконтроллеров и разработок на сигнальных процессорах (DSP);
  • Smartcard - в наличии большой ассортимент микросхем для Smartcard и систем обес-печения безопасности.

Виды и основные серии микросхем памяти производимых компанией STMicroelectron-ics представлены на рисунке 1.

Виды и основные серии микросхем памяти компании STMicroelectronics
Рис. 1. Виды и основные серии микросхем памяти компании STMicroelectronics

EPROM, EEPROM и Flash - в чем разница?

Первыми технологиями энергонезависимой памяти были EPROM (стираемая программи-руемая постоянная память) и EEPROM (электронно-перепрограммируемая постоянная память). В EPROM данные могут быть записаны в память один раз и, впоследствии, считываться любое число раз. Если EPROM имеет специальный корпус с прозрачным окном, то содержимое памяти может быть стерто ультрафиолетовым облучением, а затем перепро-граммировано с новыми данными.

EEPROM более гибко. Она обеспечивает многократное перепрограммирование ячеек памяти, но плата за эту гибкость - более сложная структура ячейки памяти, что увеличивает стоимость и понижает плотность хранения. По этой причине EPROM используется главным образом в качестве удобной памяти для хранения больших объемов кодов программы, а EEPROM для хранения параметров и другой информации, которая нуждается в регулярном обновлении.

В последние годы в полупроводниковой промышленности наблюдается быстрый рост в секторе электронной Flash-памяти, которая находит все большее применение во многих устройствах телесвязи, автомобильной электронике, компьютерах и бытовых приборах, но которую не многие изготовители полупроводниковых изделий могут производить в промышленных объемах и недорого для потребителя.

Flash-память относится к классу полупроводниковой памяти с долговременным хранением (NON-VOLATILE) или энергонезависимой от внешнего питания. До ее появления наибо-лее востребованными видами памяти на рынке была DRAM (динамическое ОЗУ с произвольной выборкой) и SRAM (статическое ОЗУ с произвольной выборкой). Несмотря на их энергозависимость это обусловлено возможностью обеспечения высокой скорости записи, что обязательно для оперативной памяти. Кроме того, малые размеры ячеек памяти DRAM позволяют получить высокую плотность для хранения, которая сегодня обычно составляет 256 Mбит и до 1 Гбит в перспективе. Преимуществом SRAM является меньшие непроизво-дительные затраты, а также (для некоторых типов) более высокая скорость чтения - обычно на порядок быстрее чем DRAM. DRAM и SRAM - одни из основных компонентов персональных компьютеров.

Технология Flash первоначально использовалась как вариант замены EPROM. Подобно EEPROM, Flash-память электрически стираема и фактически не имеет ограничений по числу циклов перепрограммирования, но, в отличие от EEPROM, микросхемы Flash-памяти дешевле в производстве и могут иметь очень большие емкости для хранения. Flash-память, в отличие от EEPROM, не надо стирать полностью перед перезаписью, что придает ей дополни-тельное преимущество. Она обычно организована в виде множества секторов, каждый из ко-торых может быть индивидуально перепрограммирован.

Развитие технологии Flash-памяти осуществляется по двум основным направлениям: уменьшение размеров ячеек за счет новых технологических процессов изготовления (0.25µ, 0.18µ, 0.13µ, 0.10µ ...) и оптимизации архитектуры памяти для конкретных приложений. По сравнению с DRAM Flash-память труднее в разработке и производстве. Поэтому ее развитие по плотности отстает от DRAM примерно на одну градацию. То есть, если DRAM произво-дится по 0.18µ технологии, то Flash-память будет производиться по 0.25µ технологии.

Преследуя честолюбивые замыслы, компания ST начала разрабатывать и производить Flash-память по новым технологиям опережающими темпами с целью выравнивая ее технологии с технологией DRAM. С этой же целью был создан Центр в Agrate (Италия). Надежды компании производить Flash с плотностью памяти не хуже чем у DRAM основаны на внедрении методов многоразрядной ячейки. Поэтому в ближайшей перспективе следует ждать появление микросхем Flash-памяти с емкостью до 1 Гбит.

Второй подход, который ST успешно реализует - развитие микросхем специального назначения с архитектурами, которые в максимально возможной степени оптимизированы для конкретных условий эксплуатации. Здесь многое зависит от тесного взаимодействия с ведущими производителями современной электронной аппаратуры и тенденциям ее развития. В этом направлении ST имеет значительное преимущество по сравнению с другими производителями Flash-памяти, особенно в области компьютерной периферии, средств связи и автоэлектроники.

Бурный рост применения Flash-памяти объясняется стремительным развитием электронных устройств и носит объективный характер. Например, на рынке сотовых телефонов сначала использовались микросхемы Flash-памяти с небольшой емкостью (1…4 Mб) для хранения кода. Затем функциональные возможности сотовых телефонов резко возросли вплоть до обеспечения Internet, GPS, интерактивной выдачи новостей, телевизионной конфе-ренц-связи и CD музыки. Каждая новая сервисная функция требует увеличения количества Flash-памяти для хранения кода, емкости которой за это время возросли до 128 Мб. Сейчас сотовый телефон оснащается фотокамерой, биометрическим сенсором, возможностью загрузки музыки и программ. Это означает, что если сейчас для сотового телефона в основном достаточно иметь 8 Мб Flash-памяти, то к концу 2004 года полностью будут задействованы имеющиеся сегодня возможности в 128 Мб Flash-памяти.

Более важно то, что стандартные микросхемы Flash-памяти не являются лучшим выбором для этих продуктов. Взаимоисключающие потребности в максимизации характеристик, уменьшения стоимости и потребляемой мощности могут быть осуществлены только частично и применительно для конкретного применения в сотовых телефонах.

Подобный рост можно предсказать и для различного рода приставок (Set-top box) и для рынка DVD. И здесь, чтобы соответствовать потребностям и требованиям этого рынка, который особенно чувствителен к стоимости и качественным характеристикам, нужна специализированная Flash-память с архитектурой оптимизированной для этого рынка (например, x32 архитектура с двумя банками памяти и 100 MГц характеристикой группового считывания), которая будет использоваться скорее чем стандартные микросхемы Flash-памяти.

Работа на опережение потребностей рынка помогла STMicroelectronics разработать новые изделия типа сверхбыстрого (25 нс!) времени выборки в микросхемах Flash-памяти для жесткого диска компьютера и первую в мире Flash-память на 32 Мбит, комбинирующую ар-хитектуру с двумя банками памяти и быстрый доступ с полнофункциональным режимом по-страничного доступа при питании 1,8 В для следующего поколения сотовых телефонов.

Flash, EPROM и EEPROM используют один и тот же базовый механизм плавающего затвора для запоминания данных, но различные методы для записи и чтения данных. В каждом случае, базовая ячейка памяти состоит из одного МОП-транзистора с двумя затворами: регулирующего, который связан со схемой управления чтения - записи, и плавающего, который локализован между регулирующим затвором и каналом МОП-транзистора (часть МОП-транзистора между истоком и стоком). Схема базовой ячейки EPROM приведена на рисунке 2.

Базовая ячейка EPROM
Рис. 2. Базовая ячейка EPROM

В отличие от стандартного МОП-транзистора, в микросхемах памяти имеются два затвора, которые полностью электрически изолированы слоем диоксида кремния от остальной части электрической схемы. Так как плавающий затвор физически очень близок к каналу МОП-транзистора, то даже очень малый электрический заряд на нем оказывает влияние на электрическое сопротивление транзистора. Применяя соответствующие сигналы к регули-рующему затвору, и измеряя изменение сопротивления транзистора, можно определить на-личие электрического заряда на плавающем затворе. Поскольку плавающий затвор электрически изолирован от остальной части схемы, требуются специальные методы для переноса на нем заряда. Один из методов состоит в заполнении канала МОП-транзистора электронами высокой энергии, прикладывая относительно высокое напряжение к регулирующему затвору и стоку МОП-транзистора. Некоторые из таких "горячих" электронов имеют достаточную энергию для пересечения потенциального барьера между каналом и плавающим затвором. При снятии высокого напряжения они остаются захваченными плавающим затвором. Имен-но такой метод используется для программирования ячейки памяти в EPROM и Flash-памяти.

Эта методика, известная как канальная инжекция горячими электронами (CHE), может использоваться для переноса заряда на плавающий затвор, но она не обеспечивает его сброса. Технология EPROM достигает этого за счет облучения всей матрицы памяти ультрафиолетовым светом, который придает захваченным электронам достаточно энергии для выхода из плавающего затвора. Это достаточно простой и эффективный метод стирания.

Второй метод удаления заряда основан на использовании так называемого туннельного эффекта. Электроны покидают плавающий затвор при прикладывании к истоку МОП-транзистора достаточно большого напряжения, которое заставляет электроны "прокладывать туннель" поперек изолирующей оксидной пленки к истоку. Число электронов, которые могут прокладывать туннель поперек изоляционного слоя в данном времени, зависит от толщины слоя и величины подаваемого напряжения. Для реальных уровней напряжения и ограниченного времени стирания изоляционный слой должен быть очень тонок - обычно 10 нм (100 Ангстрем).

Базовая ячейка EEPROM
Рис. 3. Базовая ячейка EEPROM

В микросхемах памяти EEPROM туннельный эффект используется для "зарядки" и "разрядки" плавающего затвора согласно полярности прикладываемого туннельного напряжения (рисунок 3). Поэтому, несмотря на то, что Flash-технология не просто прививка механизма стирания EEPROM на технологию EPROM, Flash-память может рассматриваться как запоминающее устройство, которое программируется подобно EPROM и стирается подобно EEPROM.

Наиболее существенное отличие EPROM от других двух видов памяти находится в толщине оксидной пленки, которая отделяет плавающий затвор от истока. В EPROM - это обычно 20…25 нм и этого достаточно много для реализации туннельного эффекта при прак-тических напряжениях. У Flash-памяти (рисунок 4) толщина туннельной оксидной пленки составляет 10 нм, и ее качество оказывает существенное влияние на характеристики и надежность микросхемы памяти. Это одна из основных причин того, что только относительно немногие производители электронных компонентов овладели технологией Flash-памяти, а еще меньшее количество способно квалифицировано надежно комбинировать Flash-технологию с другими КМОП компонентами для создания изделий типа микроконтроллеров со встроенной Flash-памятью.

Традиционно, плавающий затвор использовался для хранения одного информационного разряда, который считывался путем сравнения порогового напряжения МОП-транзистора с опорной величиной, но появились более сложные методы чтения - записи, которые позво-ляют различать более двух энергетических состояний плавающего затвора, что эквивалентно хранению двух и более битов на одном плавающем затворе. Это крупное научно-техническое достижение, потому что хранение двух битов в одной ячейке позволяет удвоить емкости микросхем памяти, не изменяя их физических размеров. STMicroelectronics - одна из немногих компаний, которая может предложить микросхемы Flash-памяти с архитектурой на основе многоразрядной ячейки.

Базовая ячейка Flash
Рис. 4. Базовая ячейка Flash

Хотя все микросхемы Флэш-памяти используют одну и ту же базовую запоминающую ячейку, имеется множество видов их связей в пределах всей матрицы памяти. Наиболее известными архитектурами являются NOR (НЕ) и NAND (И-НЕ). Эти условия традиционной комбинаторной логики определяют топологию матрицы памяти и виды связи к отдельным ячейкам при обращении к ним для чтения и записи.

Первоначально, имелось ясное различие между этими двумя существенно различными архитектурами. NOR устройства демонстрировали существенно более быстрые времена считывания (предоставляя лучшие возможности для хранения кода), а NAND устройства предлагали более высокие плотности хранения (так как ячейка NAND приблизительно на 40 % меньше чем ячейка NOR). Однако появление технологии многоразрядной ячейки сдвигает баланс явно к NOR архитектурам. Кроме того, надо учитывать, что в NOR архитектуре уси-лители считывания сигнала имеют прямой доступ к каждой ячейке памяти, а в NAND архитектуре сигнал усилителя считывания должен пройти через множество других ячеек, каждая из которых может вносить определенную погрешность. Поэтому маловероятно, что схема NAND может быть с двухразрядной ячейкой памяти, а для NOR архитектуры следует ожидать появления в скором времени четырехразрядной ячейки и ее преимущество окончательно утвердиться.

2. Микросхемы памяти EPROM компании ST

Компания STMicroelectronics (ST) производит весьма конкурентоспособные микросхемы памяти EPROM. Непрерывные усовершенствования технологии производства приводят к расширению их возможностей, более высокой емкости и понижению напряжения питания. Компания находится в числе мировых лидеров-производителей памяти типа OTP и EPROM с ультрафиолетовым стиранием, которая удобна для разработки, производства и для замены масочной ROM ввиду того, что они программируются на завершающей стадии производства.

Выпускаемые микросхемы обладают емкостью от 64 кбит до 64 Мбит при питании 5 и 3 В, достаточным быстродействием, различными корпусами, в том числе и для поверхностного монтажа. Организация памяти устройств может быть типа x8, x16 и x8/x16. Расшифровка обозначений микросхем памяти ST вида OTP и UV EPROM приведена на Рис.5.

Маркировка микросхем EPROM ST
Рис. 5. Маркировка микросхем EPROM ST

Набор продукции включает стандартные микросхемы с питанием 5 В и 3,3 В, усовершенствованные микросхемы семейства Tiger Range с питанием 3 В (2,7…3,6 В) и микросхемы нового семейства FlexibleROM™.

Микросхемы этих типов памяти доступны в FDIP керамических корпусах с окошком и PDIP пластиковых двурядных корпусах, а также в корпусах PLCC и TSOP для поверхностного монтажа. Основные параметры стандартных микросхем памяти EPROM приведены в таблице 1.

Таблица 1. OTP и UV EPROM
Обьем Обозначение Описание Корпус
Питание 5 В
64 кб M27C64A 64 кб (x8), 100 - 200 нс FDIP28W, PLCC32
256 кб M27C256B 256 кб (x8), 45 - 150 нс FDIP28W, PDIP28, PLCC32, TSOP28
512 кб M27C512 512 кб (x8), 45 - 150 нс FDIP28W, PDIP28, PLCC32, TSOP28
  M27C516 512 кб (x16), 35 - 100 нс PLCC44, TSOP40B
1 Мб M27C1001 1 Мб (x8), 35 - 150 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
  M27C1024 1 Мб (x16), 35 - 150 нс FDIP40W, PDIP40, PLCC44, TSOP40B
2 Мб M27C2001 2 Мб (x8), 35 - 100 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
  M27C202 2 Мб (x16), 45 - 100 нс FDIP40W, PDIP40, PLCC44, TSOP40B
4 Мб M27C4001 4 Мб (x8), 35 - 150 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
  M27C4002 4 Мб (x16), 45 - 150 нс FDIP40W, PDIP40, PLCC44, TSOP40A
  M27C400 4 Мб (x8/x16), 50 - 100 нс FDIP40W, PDIP40
8 Мб M27C801 8 Мб (x8), 45 - 150 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
  M27C800 8 Мб (x8/x16), 50 - 120 нс FDIP42W, PDIP42, PLCC44, SO44
16 Мб M27C160 16 Мб (x8/x16), 50 - 120 нс FDIP42W, PDIP42, PLCC44, SO44
32 Мб M27C322 32 Мб (x16), 50 - 100 нс FDIP42W, PDIP42, PSDIP42
  M27C320 32 Мб (x8/x16), 50 - 100 нс TSOP48, SO44
64 Мб* M27C642 64 Мб (x16), 80 - 100 нс FDIP42W, PDIP42
  M27C640 64 Мб (x8/x16), 80 - 100 нс TSOP48
Питание 3,3 В
16 Мб M27V160 16 Мб (x8/x16), 100 - 150 нс FDIP42W, PDIP42, SO44
32 Мб M27V322 32 Мб (x16), 100 - 150 нс FDIP42W, PDIP42

* в разработке

Усовершенствованная низковольтная серия Tiger Range

Для низковольтной серии Tiger Range компания STMicroelectronics использовала новейшую технологию OTP и UV EPROM. Структурные усовершенствования, связанные с толщиной основных слоев, позволили значительно улучшить электрические характеристики. Уменьшение на 25% толщины оксидного слоя затвора позволило снизить пороговое напряжение ячейки и увеличить скорость выборки при питании от 2,7 В и выше во всем температурном диапазоне от -40 до +85°C.

Улучшая электрические характеристики, ST стремиться обеспечить потребителя изделиями с новыми качествами и поэтому рекомендует заказчикам заменить "V" серию с питанием 3…3,6 В на серию "W" - Tiger Range, которая имеет лучшие характеристики при питании 2,7…3,6 В. Временные параметры для серии Tiger Range гарантируются двойным тестированием микросхем при напряжении 2,7 В и 3 В. Время доступа при питании 2,7 В маркируется на микросхеме и более быстрое время доступа специфицируется в описании.

Времена доступа для напряжения питания выше 2,7 В являются рабочими. Состав семейства микросхем Tiger Range приведен в таблице 2.

Таблица 2. OTP и UV EPROM типа Tiger Range, питание 3 В
Объем Обозначение Описание Корпус
256 кб M27W256 256 кб (x8), 80 нс (70нс/3В) - 100 нс FDIP28W, PDIP28, PLCC32, TSOP28
  M27W512 512 кб (x8), 80 нс (70нс/3В) - 100 нс FDIP28W, PDIP28, PLCC32, TSOP28
1 Мб M27W101 1 Мб (x8), 80 нс (70нс/3В) - 100 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
  M27W102 1 Мб (x16), 80 нс (70нс/3В) - 100 нс FDIP40W, PDIP40, PLCC44, TSOP40B
2 Мб M27W201 2 Мб (x8), 80 нс (70нс/3В) - 100 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
  M27W202 2 Мб (x16), 100 нс (80нс/3В) FDIP40W, PDIP40, PLCC44, TSOP40B
4 Мб M27W401 4 Мб (x8), 80 нс (70нс/3В) - 100 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
  M27W402 4 Мб (x16), 100 нс (80нс/3В) - 120 нс FDIP40W, PDIP40, PLCC44, TSOP40A
  M27W400 4 Мб (x8/x16), 100 нс (80нс/3В) - 120нс FDIP40W, PDIP40, PLCC44
8 Мб M27W801 8 Мб (x8), 100 нс (80нс/3В) - 120 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
  M27W800 8 Мб (x8/x16), 100 нс (90нс/3В) FDIP42W, PDIP42, PLCC44

Семейство UV и OTP EPROM Tiger Range характеризуется сверхмалым потреблением, высокой скоростью работы и одновременно быстрым доступом с коротким временем программирования. Время программирования микросхем одинаково как для пословного, так и побайтного режимов программирования. Для самых последних микросхем с плотностью 4 Мб и 8 Мб скорость программирования доведена до 50 мкс на слово или байт. Данные по потреблению и производительности серии Tiger Range приведены в таблице 3.

Таблица 3. Tiger Range
Обозначение Объем (Организация) Потребление Скорость выборки Скорость программирования
M27W256 256 кб (x8) 15мA при 5MГц 80 нс (70нс/3В) 100 мкс/байт
M27W512 512 кб (x8) 15мA при 5MГц 80 нс (70нс/3В) 100 мкс/байт
M27W101 1 Мб (x8) 15мA при 5MГц 80 нс (70нс/3В) 100 мкс/байт
M27W102 1 Мб (x16) 15мA при 5MГц 80 нс (70нс/3В) 100 мкс/слово
M27W201 2 Мб (x8) 15мA при 5MГц 80 нс (70нс/3В) 100 мкс/байт
M27W202 2 Мб (x16) 20мA при 5MГц 100 нс (80нс/3В) 100 мкс/слово
M27W401 4 Мб (x8) 15мA при 5MГц 80 нс (70нс/3В) 100 мкс/байт
M27W402 4 Мб (x16) 15мA при 5MГц 100 нс (80нс/3В) 100 мкс/слово
M27W400 4 Мб (x8/x16) 20мA при 8MГц 100 нс (80нс/3В) 50 мкс/слово
M27W801 8 Мб (x8) 15мA при 5MГц 100 нс (80нс/3В) 50 мкс/байт
M27W800 8 Мб (x8/x16) 30мA при 8MГц 100 нс (90нс/3В) 50 мкс/слово

Микросхемы низковольтной серии Tiger Range полностью совместимы по штырькам со стандартной серией 5В UV и OTP EPROM. Это гарантирует их полное соответствие для приложений, в которых микропроцессорное питание заменяется с 5 В на 3 В (таблица 4).

Таблица 4. Совместимость UV и OTP EPROM по питанию
3 В Обозначение Объем (Организация) 5 В Обозначение
M27W256 256 кб (x8) M27C256B
M27W512 512 кб (x8) M27C512
M27W101 1 Mб (x8) M27C1001
M27W102 1 Mб (x16) M27C1024
M27W201 2 Mб (x8) M27C2001
M27W202 2 Mб (x16) M27C202
M27W401 4 Mб (x8) M27C4001
M27W402 4 Mб (x16) M27C4002
M27W400 4 Mб (x8/x16) M27C400
M27W801 8 Mб (x8) M28C801
M27W800 8 Mб (x8/x16) M27C800

Уже много лет сохраняется тенденция к более высоким плотностям памяти. Отвечая требованиям потребителей, компания ST постоянно развивает как свои технологии производства, так и сами компоненты.

Гибкость EPROM, ее более низкие производственные издержки и возможность программирования на завершающей стадии производства ведут к тому, что многие заказчики теперь предпочитают использовать данный вид памяти вместо масочной ROM. Диапазон памяти EPROM ST включает много типов микросхем, которые могут легко использоваться взамен масочной ROM (таблица 5).

Таблица 5. Замена Mask ROM высокоплотной EPROM
Обозначение Организация Скорость выборки Потребление
Питание 5 В
M27C801 x8 45 нс 35 мА при 5 MГц
M27C800* x8/x16 50 нс 70 мА при 8 MГц
M27C160* x8/x16 50 нс 70 мА при 8 MГц
M27C322* x16 50 нс 50 мА при 5 MГц
M27C320* x8/x16 50 нс 70 мА при 8 MГц
Питание 2,7 В (min)
M27W801* x8 100 нс (80 нс/3В) 15 мА при 5 MГц
M27W800* x8/x16 100 нс (90 нс/3В) 30 мА при 8 MГц

* заменяющие Mask ROM

Для примера рассмотрим более подробно 32 Mбит микросхему M27C320 (4M x 8 или 2M x 16), которая предназначена в основном для игральных автоматов, DVD проигрывателей и многих других приложений, где для микропроцессорных систем требуется много памяти для данных или программных кодов.

Логическая схема данного устройства приведена на рис. 6, а режимы работы представлены в таблице 6. В режиме чтения требуется одно питающее напряжения. Все входы совместимы c TTL схемами за исключением Vрр и A9 с напряжением 12 В для электронной подписи производителя микросхемы.

Логическая схема M27C320
Рис. 6. Логическая схема M27C320
Таблица 6. Режимы работы M27C320
A0-A20 Адресные входы
Q0-Q7 Вывод данных
Q8-Q14 Вывод данных
Q15A-1 Вывод данных / Адресный вход
E Вход сигнала разрешения
GVрр Разрешение выдачи выходного сигнала / питание для программирования
BYTE Выбор режима Бит - Слово
Vсс Питающее напряжение
Vss Земля
NC Внутренне не связан

M27C320 имеет два вида режима чтения - пословный и побайтный. Вид чтения определяется уровнем сигнала на выводе BYTE. При высоком уровне сигнала на этом штырьке выбирается считывание по словам и контакт Q15A-1 используется для вывода данных по Q15. При низком уровне сигнала на BYTE устанавливается режим побайтового считывания и кон-такт Q15A-1 используется для адресации входа по A-1.

M27C320 имеет две функции управления и для получения данных на выходах они обе должны быть логически активны. Кроме того, должен быть выбран вид считывания по словам или по байтам. Выход E используется для выбора устройства и управления потреблением. Блокирующий выход (G) управляет выходом и используется для управления считыванием с ячейки данных к выходным контактам независимо от выбора устройства.

M27C320 имеет дежурный режим, в котором потребление понижается до 50 - 100 мкА. M27C320 переходит в этот режим при наличии высокого уровня логического сигнала на входе Е. В дежурном режиме все выходы находятся в состоянии высокого импеданса независимо от сигнала на входе G.

Поскольку EPROM обычно используются в больших массивах памяти, эти схемы имеют функцию двухлинейного управления, которая обеспечивает обращение к памяти нескольких устройств. Такая функция в M27C320 позволяет экономно расходовать пространство памяти и предупреждает конфликтные ситуации при обращении к памяти нескольких устройств.

Так как микросхемы памяти EPROM обычно работают в условиях неустановившихся переходных напряжений в цепях питания, для сглаживания тока рекомендуется на каждой схеме использовать керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ между Vcc и Vss и один электролитический конденсатор емкостью 4,7 мкФ между Vcc и Vss на каждые восемь микросхем. Этот конденсатор должен быть установлен около точки подключения электропитания на плате.

В поставляемых микросхемах M27C320 все ячейки памяти находятся в состоянии '1'. Данные вводятся путем выборочного программирования '0' в требуемых местоположениях разрядов. Программируется только ноль, но в информационном слове могут присутствовать как единицы, так и нули. M27C320 находится в режиме программирования при напряжении на входе Vpp равном 12,5 В, на G - напряжение высокого логического уровня (Vih) и на Е подаются импульсы низкого логического уровня (Vil).

Запрограммированные данные поступают параллельно по 16 бит на контакты вывода данных. В режиме программирования уровни сигналов для адресации и входных данных должны соответствовать TTL логике, а питающее напряжение Vcc находиться в пределах 6,25 В ± 0,25 В.

Алгоритм программирования PRESTO III обеспечивает программирование всего массива с гарантированным временем до 100 с. Программирование слова осуществляется последовательностью импульсов 50 мкс на слово с проверкой.

Имеется возможность программирования нескольких M27C320 параллельно с различными данными. При этом используется высокий уровень логического сигнала на входе Е для запрета программирования. Проверка программирования осуществляется считыванием. Имеется режим доступа к электронной подписи производителя. Более подробные сведения приводятся в описании микросхемы [1].

Технология ST в отношении EPROM непрерывно совершенствуется. Новые перспективы открываются с внедрением новой архитектуры микросхем памяти, основанной на использовании многобитных ячеек памяти для получения высоких плотностей записи, начиная с емкости в 64 Mбит. Кроме того, каждая новая разработка содержит несколько фотолитогра-фических новшеств, улучшающих электрические характеристики микросхем.

С входом в состав STMicroelectronics компании WAFERSCALE INC. (США) открылись возможности поставок микросхем памяти типа PROM (programmable ROM) / RPROM (re-programmable ROM). Основные параметры семейства высокоэффективных PROM и RPROM микросхем памяти выполненных по КМОП технологии компании WSI приведены в таблице 7. Эти микросхемы доступны в трех температурных диапазонах работы: коммерческом (от 0 до +70°C), индустриальном (от -40 до +85°C) и военном (от -55 до +125°C). Кроме того, некоторые компоненты изготавливаются по стандарту для военного назначения (SMD), в том числе и EPROM (Таблица 8).

Таблица 7. КМОП PROM/RPROM компании WSI
Обозначение Описание Корпуса
WS57C191C 16 кб (2 кб x 8), 25 - 55 нс CERDIP24, 0.6"; PLDCC28; PDIP24, 0.6"
WS57C291C 16 кб (2 кб x 8), 25 - 55 нс PDIP24, 0.3"; CERDIP24, 0.3"
WS57LV291C 16 кб (2 кб x 8), 70 - 90 нс CERDIP24, 0.3"
WS57C45 (заказ) 16 кб (2 кб x 8), 25 - 45 нс CERDIP24, 0.3"; PDIP24, 0.3"; CERDIP24, 0.3"
WS57C43C 32 кб (4 кб x 8), 25 - 70 нс CLLCC28; CERDIP24, 0.6"; PLDCC28; PDIP24, 0.3"; CERDIP24, 0.3"
WS57C49C 64 кб (8 кб x 8), 25 - 70 нс CLLCC28; CERDIP24, 0.6"; Ceramic Flatpack24; PLDCC28; CLDCC28; PDIP24, 0.3"; CERDIP24, 0.3"
WS57C51C 128 кб (16 кб x 8), 35 - 70 нс CLLCC32; CERDIP28, 0.6"; PLDCC32; CLDCC32; CERDIP28, 0.3"
WS57C71C 256 кб (32 кб x 8), 35 - 70 нс CLLCC32; CERDIP28, 0.6"; PLDCC32; CLDCC32; CERDIP28, 0.3"
Таблица 8. Military EPROM
Обозначение Описание Корпуса
WS57C128FB 128 кб (16 кб x 8), 35-70 нс CLLCC32; CERDIP28, 0.6"; PLDCC32; CLDCC32
WS57C256F 256 кб (32 кб x 8), 35-70 нс CLLCC32; CERDIP28, 0.6"; PLDCC32; CLDCC32; PDIP28 0.6"; CERDIP28, 0.3"
27C010L 1 Мб (128 кб х 8), 35 - 200 нс CERDIP32, CLLCC32

Самой последней разработкой компании STMicroelectronics в области электрически про-граммируемых ПЗУ является семейство FlexibleROM™, которое может использоваться как простая замена для любого ПЗУ. Это одноразовое программируемое семейство, изготавливаемое по 0,15 мкм технологии компании ST, доступно потребителю с начальной емкостью памяти в 16 Mбит. Новое семейство микросхем памяти "FlexibleROM" относится к типу энергонезависимой памяти и предназначено для хранения программного кода. "FlexibleROM" - идеально подходит для использования вместо масочного ПЗУ (MaskROM) и перехода от Flash-памяти на ПЗУ после отладки программы, если в дальнейшем не планируется изменения программного кода.

Эти микросхемы памяти оптимизированы для хранения программного кода и могут использоваться в игровых приставках, DVD проигрывателях и в приставках к телевизору, а также в офисных устройствах автоматизации и для компьютерной периферии.

Семейство FlexibleROM имеет все необходимое, чтобы заменить масочное ПЗУ и обеспечить выгоды потребителю благодаря своей гибкости и стоимости модернизации. Основные характеристики микросхем данного семейства приведены в таблице 9.

Таблица 9. Семейство FlexibleROM
Характеристики 16 Mб 32 Mб 64 Mб
Обозначение M27W016 M27W032 M27W064
Архитектура 8 блоков по 2 Mб 16 блоков по 2 Mб 32 блока по 2 Mб
Питание для чтения 2,7 … 3,6 В 2,7 … 3,6 В 2,7 … 3,6 В
Шина данных x16 x16 x16
Время программирования ~2 с ~4 с ~9 с
Цоколевка MROM MROM MROM
Диапазон температур 0C … 70°C 0C … 70°C 0C … 70°C
Корпуса SO44, TSOP48, PDIP42, SDIP42 SO44, TSOP48 SO44, TSOP48

Микросхемы доступны как в "пустых", так и в предварительно запрограммированных версиях. Имеющаяся возможность предварительного программирование позволяет потребителю сократить время производственного цикла. Например, по сравнению с масочным ПЗУ экономия по времени составляет до двух недель при использовании программирования с кодом клиента при изготовлении микросхемы.

Благодаря технологии, основанной на флэш, время программирования также существенно уменьшено. Микросхемы FlexibleROM обеспечены типовой способностью многословной программы с большим потоком данных, что позволяет программировать устройство с емкостью 64 Mбит всего за девять секунд.

Еще одним преимуществом по сравнению с другими одноразово программируемыми ПЗУ является высокая производительность программирования, поскольку 100% функциональных возможностей массива памяти проверяются в ходе тестирования.

Микросхемы семейства памяти FlexibleROM используют питание напряжением от 2,7 В до 3,6 В для операций чтения и от 11,4 В до 12,6 В для программирования. Устройства организованы как x16-бит, при включении питания по умолчанию устанавливается режим памя-ти "Чтение", так что они могут читаться как ПЗУ (ROM) или ЭПЗУ (EPROM).

В настоящее время доступны образцы M27W016 (DIL или SM корпус) и M27W064 (SM корпус) и массовое производство уже начато. Разворачивается производство M27W032 (SM корпус), а 128-Mбит и 256-Mбит версии планируется начать производить в конце 2003 года.

Основные особенности памяти "FlexibleROM":

  • Стандартный набор команд.
  • Стандартная цоколевка масочного ПЗУ.
  • Стандартные корпуса масочного ПЗУ.
  • Полная тестируемость при программировании.
  • Прямая замена для любого ПЗУ.
  • Очень быстрое программирование (в 30 раз быстрее стандартной OTP).
  • Кодирование по заказу клиента быстрее, чем масочного ПЗУ (1-2 недели).
  • Бесплатный сервис предпрограммирования.
  • Эффективнее при использовании чем ROM и OTP.
  • Способность быстрого "в системе" однократного программирования.
  • Легкость модернизации емкости памяти.

В завершение краткого обзора микросхем памяти UV и OTP EPROM приведем некоторые данные по соответствию микросхем данного вида компании ST с микросхемами памяти других производителей (Таблица 10).

Таблица 10. Кросс-таблица EPROM
AMD ST
Am27C128 57C128FB
Am27C256 57C256F
Am27H256 57C256F
ATMEL ST
AT27C010/L 27C010L
AT27HC256/L 57C256F
AT27HC256R/R 57C256F
CYPRESS ST
CY7C261 57C49C
CY7C263 57C49C
CY7C264 57C49C
CY7C271 57C71C
CY7C274 57C256F
CY7C291 57C291C
CATALYST ST
CAT27128A 57C128FB
CAT27256 57C256F
CAT27HC256 57C256F
HITACHI ST
HN27C256HG 57C256F
INTEL ST
27C128B 57C128FB
27C256 57C256F
MICROCHIP ST
27HC256 57C256F
OKI ST
MSM27C256 57C256F
SANYO ST
LA7620 57C64F
SGS-T ST
M27128/A 57C128FB
M27256 57C256F
SHARP ST
LH57126 57C128FB
SIGNETICS ST
27HC128 57C128FB
TI ST
TMS27C128 57C128FB
TOSHIBA ST
TMM27128` 57C128FB
TMM27256 57C256F

В следующих выпусках журнала будут рассмотрены и другие виды микросхем памяти ST.

Литература:

  1. Data sheet M27C320, STMicroelectronics, 2000

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке