Новые микросхемы однократно программируемых ПЗУ АО «ПКК Миландр»: особенности, характеристики, средства программирования

Существующие на российском рынке ПЗУ, как правило, изготовлены по устаревшим технологиям, обладают низким быстродействием и большой потребляемой мощностью.

АО «ПКК Миландр» продолжает развивать направление однократно программируемых схем ПЗУ на базе современной технологии пробоя подзатворного диэлектрика (antifuse). Наравне с предыдущими разработками, такими как широко известные микросхемы однократно программируемых ПЗУ 1645РТ2У, 1645РТ3У, 5576РТ1У, предприятие разработало и готовит к серийному производству новые решения — микросхемы однократно программируемых постоянных запоминающих устройств (ОППЗУ) с информационной емкостью 2Кх8 (1645РТ4Т) и 8Кх8 (1645РТ5Т).

Общее описание микросхем

Микросхемы 1645РТ4Т, 1645РТ5Т созданы по КМОП-технологии с минимальными проектными нормами 0,18 мкм с одним уровнем поликремния и шестью уровнями металлизации. Микросхемы выпускаются в металлокерамических корпусах 405.24-2 (1645РТ4Т) и 4131.24-3.08 (1645РТ5Т). Рабочий диапазон напряжения питания и температуры в режиме считывания соответственно U_cc = 4,5–5,5 В, Т = –60…+125 °C.

Являясь продолжением линейки однократно программируемых ПЗУ, изделия сохраняют преемственность и так же, как и их предшественники, обладают высокой стойкостью к воздействию специальных факторов и могут работать в условиях космоса. Еще одна, несомненно важная особенность новых устройств — высокий коэффициент программируемости, близкий к 1.

В режиме считывания микросхемы являются асинхронными устройствами со стандартным параллельным интерфейсом, предполагающим установление информации на двунаправленных выводах D0–D7, при изменении сигналов на адресных входах (А0–А12) или на входах разрешения выборки nPB1, PB2, PB3 (1645РТ4Т) или nESE1 (1645РТ5Т). Структурная схема и таблица назначения выводов микросхем представлены на рис. 1 и в таблице 1.

Рис. 1. Структурная схема 1645РТ4Т и 1645РТ5Т

Типовые режимы работы инициируются через внутренний командный регистр при соответствующих напряжениях питания U_cc:

• хранение (U_cc = 5 В +10%);
• чтение (U_cc = 5 В +10%);
• программирование матрицы (U_cc = 3,3 В +5%);
• запись регистра параметров (U_cc = 3,3 В +5%).

Командный регистр не занимает адресное пространство памяти и состоит из триггеров, которые хранят информацию, поступающую с шин адреса и данных и необходимую для выполнения команд. Содержимое регистра используется внутренним блоком программирования, который формирует последовательность операций при программировании.

В процессе тестирования для проверки функционирования каждой микросхемы и контроля их статических и динамических параметров используются тестовые строки и столбцы (отдельные от основной матрицы элементы памяти), программирование которых проводится при выполнении тестовых последовательностей.

Режимы хранения и чтения

Режимы хранения и чтения ПЗУ обеспечиваются управляющими сигналами nPB1, PB2, PB3 (для 1645РТ4Т) и nESE (для 1645РТ5Т) в соответствии с таблицами истинности (табл. 2, 3) и временными диаграммами на рис. 2, 3.

Рис. 2. Временная диаграмма цикла считывания микросхем 1645РТ4Т, 1645РТ5Т в режиме выборки по адресу

Рис. 3. Временная диаграмма цикла считывания микросхем по управляющим сигналам nPB1, PB2, PB3 (1645РТ4Т) и nESE (1645РТ5Т)

Примечания (табл. 2, 3).
H — состояние высокого уровня;
L — состояние низкого уровня;
X — любое состояние высокого или низкого уровня.
*Если микросхема не запрограммирована, на выходах данных напряжение низкого уровня, а если запрограммирована, выходные напряжения в соответствии с записанной информацией.

В режиме хранения выводы D0–D7 находятся в состоянии высокого импеданса. В режиме считывания на выходах данных устанавливается состояние логического нуля при считывании из незапрограммированной ячейки памяти или логической единицы при считывании из запрограммированной ячейки.

Ячейка памяти с непробитым подзатворным диэлектриком считается незапрограммированной, а с пробитым подзатворным диэлектриком — запрограммированной.

Значения основных параметров микросхем представлены в обобщенной таблице 4.

Разработанные микросхемы могут работать как с ТТЛ входными уровнями U_IL = 0–0,8 В и U_IH = 2–U_cc В, так и с КМОП входными уровнями U_IL= 0–0,2 В и U_IH = U_cc–U_cc–1 В. В последнем случае максимальный ток потребления хранения I_CCS уменьшается до 5 мА, а максимальный динамический ток потребления I_OCC снижается до 40 мА.

Временные диаграммы цикла асинхронного считывания микросхем 1645РТ4Т, 1645РТ5Т представлены на рис. 2, 3.

Режимы программирования и записи регистра параметров

Перевод микросхем в режим программирования производится выполнением следующих операций:

снижением напряжения питания микросхемы до значений 3,3 В ±5%. При этом уровни логической единицы на входах микросхемы также не должны превышать значение 3,3 В ±5%;

подачей по параллельному интерфейсу на выводы микросхемы последовательности командных циклов, описываемых ниже.

При выполнении указанных процедур начинает работать внутренний умножитель напряжения, с выхода которого снимается высокое напряжение, необходимое для пробоя диэлектрика элементов памяти.

Режимы «Чтение» и «Программирование матрицы» зависят от состояния регистра параметров reg_param, в котором хранятся текущие значения T1, T0, tune[3:0] (reg_param[5:0]= {T1, T0, tune[3:0]}).

Значения Т1, Т0 определяют выбор массива памяти: {Т1, Т0} = 10 — основная память, 00 — тестовые столбцы, 11 — тестовые строки.

Значения tune[3:0] определяют выбор настроек внутренней временной диаграммы для обеспечения необходимых запасов в режиме чтения с учетом последующего изменения внешних факторов (температура, специальные факторы).

При включении питания устанавливается режим считывания данных, что гарантирует отсутствие случайного изменения содержимого памяти при переходных процессах питания. В этом режиме не требуется дополнительных команд для получения данных на выходе. Микросхема будет находиться в режиме считывания, пока содержимое командного регистра не изменится.

Запись командных последовательностей (специфичных данных по определенным адресам) инициирует другие режимы работы микросхемы.

При подаче командной последовательности программирования (после снижения напряжения питания до уровня 3,3 В +5%) микросхема переходит в режим программирования. Операция программирования инициируется шестью циклами на шине памяти. Дальнейший процесс программирования производится с использованием внешнего интерфейса, на адресные входы подаются сигналы адреса в соответствии с адресным кодом, а на входы данных поочередно (побитно) — информационные сигналы в соответствии с записываемым информационным кодом. Программирование может осуществляться в любой последовательности по любому адресу. Временные диаграммы режима записи команд для инициализации режима программирования и непосредственно режима программирования представлены на рис. 4. Значения времен установления и удержания сигналов в цикле записи команд инициализации режима программирования составляют порядка 30 нс, значения времен установления и удержания сигналов в режиме программирования — порядка 5–10 мс. Максимальное время программирования байта информации не превышает 100 мс. В таблице 5 приведены необходимые циклы для входа в этот режим.

Рис. 4. Временная диаграмма цикла записи. Управление по сигналу nPB1 (для микросхем 1645РТ4Т) или по сигналу nESE (для микросхем 1645РТ5Т)

Примечания.
1. X — значение U_IL или U_IH.
2. P_A — адрес программируемой ячейки памяти; P_D — данные, программируемые в ячейку памяти P_A; R_P — данные, записываемые в регистр параметров (reg_param[5:0]=A[5:0]).
3. Значения приведены в шестнадцатеричном виде.

По завершении седьмого цикла любой командной последовательности микросхема переходит в режим хранения/чтения. Для прерывания командной последовательности и досрочного перехода в режим хранения/чтения достаточно подать любой цикл, не отвечающий требованиям заданной последовательности.

После операции программирования следует выполнить проверку записи данных путем считывания по запрограммированному адресу. Допускается сначала произвести программирование всех необходимых адресов, а затем выполнить проверку считыванием по этим же адресам. В случае когда прочитанные данные не совпали с записываемыми, следует повторить операцию программирования. «Единица» по данным означает ячейку с «пробитым» (antifuse) диэлектриком, а «ноль» — с «непробитым», повторную запись можно проводить только для «непробитых» ячеек, то есть во входных данных следует устанавливать «1» только в разрядах, которые не запрограммировались во время предыдущих попыток.

После завершения алгоритма программирования для возврата микросхемы в режим считывания необходимо перевести сигнал nPB1 (для микросхем 1645РТ4Т) или nESE (для микросхем 1645РТ5Т) в состояние высокого уровня.

Средства программирования

Программирование микросхем осуществляется с помощью USB-программатора, разработанного в АО «ПКК Миландр» и позволяющего также проводить чтение и верификацию микросхем. Программатор обеспечивает формирование всех необходимых для программирования сигналов и питающих напряжений и является универсальным устройством, способным программировать любую из микросхем 1645РТ4Т или 1645РТ5Т. Программируемая микросхема устанавливается в контактирующее устройство, расположенное на программаторе. Для 1645РТ4Т и 1645РТ5Т применяются отдельные бесспутниковые контактирующие устройства — то есть в отличие от многих других устройств не требующие помещения микросхем в «спутники-носители». Программатор имеет кабель с разъемом для подключения к USB-порту компьютера. Питание осуществляется от того же USB-порта компьютера. Для управления программатором используется собственное ПО, разработанное в АО «ПКК Миландр» и поставляемое в комплекте с программатором. Внешний вид программатора и интерфейс пользовательской программы представлены на рис. 5.

Рис. 5.
а) Программатор;
б) среда программирования

Наличие простого интерфейса программирования и внутреннего умножителя напряжения позволяет выполнять программирование не только посредством описанного программатора, но и внутрисхемно или с помощью самостоятельно разработанного устройства. В поставляемой в составе комплекта технической документации «Инструкции по программированию» представлена вся необходимая информация по процессу программирования.