Fiabilitatea capcanelor de oțel - memorie nevolatilă a Simtek
S-au scris multe despre componentele memoriei (și chiar mai multe). Dar progresul nu se oprește, inclusiv memoria. Prin urmare, ținând seama de tendințele moderne în dezvoltarea tehnologiei informației, să luăm în considerare memoria pentru sistemele mobile, unul dintre cei mai importanți parametri ai acesteia fiind fiabilitatea și viteza.
Fiabilitatea oricărui chip de memorie - capacitatea de stocare a datelor, nu numai în modul de funcționare, ci și în situații critice (fotografii, zgomote, etc.). Rolul esențial în acest sens îl joacă și tehnologia de producție (despre acest lucru puțin mai târziu). Evident, numai memoria nevolatilă poate oferi o fiabilitate maximă. Selectând cel mai rapid din memoria nevolatilă, obținem ceea ce este necesar. Dar această decizie "pe frunte" nu dă întotdeauna rezultatul necesar. La aceasta se adaugă costul, organizarea înregistrării și citirii etc.
Acum, non-volatilă circuite integrate de memorie alegerea este destul de largă: nvSRAM cu built-in baterie (Dallas Semiconductor), flash (Intel, AMD), EEPROM (Atmel, ST), FRAM (Ramtron), nvSRAM (Simtek). Fiecare tip de memorie are avantajele sale, dar și neajunsurile sale. De exemplu, în unele produse electronice, memoria cu o sursă de alimentare integrată nu poate fi utilizată, înregistrarea bloc-cu-bloc de date în blitz limitează viteza (și, în consecință, gradul de fiabilitate a securității datelor). Tehnologia porții plutitoare, pe baza căreia se fabrică blițul și EEPROM, impune, de asemenea, limitări ale fiabilității. Utilizarea FRAM este limitată de viteza de înregistrare și de preț. Pentru claritate, consultați Tabelul 1, care enumeră toate tipurile de memorie.
Tabelul 1. Caracteristicile comparative ale memoriei
Tehnologia Quantum Trap ™ este utilizată în formarea elementelor EEPROM în locul tehnologiei plutitoare și este un factor important care determină fiabilitatea ridicată a nvSRAM.
Tehnologia portierei plutitoare este baza pentru producția de memorie flash și EEPROM tradițional. Comună pentru toate opțiunile pentru această tehnologie este transferul de sarcină prin stratul de oxid la conducta plutitoare, unde este stocată. Curenții locali relativ mari sau câmpurile electrice utilizate la ștergerea / programarea conduc la degradarea stratului de oxid. Acest lucru conduce, în funcție de forma de realizare a tehnologiei, sau „lipirea“ în stare de bit „1“ sau - scurgerea electronilor de la poarta plutitoare pe substrat prin stratul de oxid degradat.
Aceste probleme sunt eliminate în tehnologia QuantumTrap ™, unde se utilizează curenți mai mici și câmpuri electrice pentru stocarea încărcăturii. Acest lucru a devenit posibil datorită unui strat foarte subțire de oxid pentru încărcarea încărcăturii și a unui strat izolator pentru stocarea încărcăturii. Ca urmare, în dispozitive bazate pe tehnologia QuantumTrap ™ nu există nicio scurgere de electroni pe substrat. Degradarea stratului de oxid într-un astfel de dispozitiv va avea ca rezultat doar o scurgere locală mică.
Ce este nvSRAM?
Acest non-volatilă de memorie de mare viteză de acces aleatoriu (pentru oaspeții - o memorie cu acces aleator RAM), creat pe baza standardului SRAM, care integrează celulele EEPROM realizate prin tehnologia QuantumTrap ™. În realitate, nvSRAM funcționează ca două amintiri independente - SRAM și EEPROM. Memoria statică este identică cu cea obișnuită RAM,
iar accesul paralel la EEPROM este posibil numai prin SRAM (diagrama bloc structurală - în Figura 1).
Fig. 1. Diagrama bloc a NV SRAM STK14C88-3
Tabelul 2. Familia de memorie nevolatilă STK
Tipul de salvare a datelor
C = DIP ceramic (300 mils); P = DIP din plastic (300 mils); D = SOIC (350 mil); S = SOIC (350 mil); L = LLC; N = SOIC (300 mil); W = plastic DIP (600 mil).
Atunci când alimentarea este pornită, modul de recuperare a datelor RECALL începe automat, în care toate datele sunt transferate din EEPROM în memoria statică atunci când sursa de alimentare ajunge la un anumit nivel. Înregistrarea și citirea SRAM nu afectează conținutul EEPROM (ROM excelent cu suprascriere!). Recuperarea datelor de la EEPROM la SRAM poate fi inițiată și prin comandă. Timpul maxim pentru transferul paralel al tuturor datelor de pe EEPROM în memoria statică nu depășește 20 μs.
Când datele sunt salvate (modul STORE), datele sunt transferate de la SRAM la EEPROM. Modul STORE poate fi implementat automat (în funcție de tipul de IC, vezi tabelul 2) în mod automat (în caz de întrerupere a alimentării), programat sau prin hardware. Pentru a salva toate datele (de la SRAM la EEPROM) este nevoie de doar 10 ms.
În unele dispozitive, funcția AutoStore ™ este implementată, în care datele sunt stocate în fundal atunci când tensiunea de alimentare scade. În familiile STK15Σхх și STK25Схх, condensatorul de sistem este utilizat pentru a efectua modul AutoStore ™. În cazul în care rata de cădere de tensiune este mare sau nedeterminată, în familii STK12Shh, STK14Shh STK22Shh și necesită un condensator extern de capacitate mică pentru a garanta conservarea datelor. În seria STK16Shh AutoStorePlus într-un condensator extern nu este necesar - este deja încorporat în IC.
Depozitarea datelor hardware este implementată în familiile STK10Схх, STK12Схх, STK14Схх.
După cum sa menționat mai sus, este identic cu memoria statică asincronă cu eșantionare aleatorie (Figura 1). În funcționarea normală, nu există nicio diferență între memoria statică și nvSRAM. Diferența apare când datele sunt transferate de la matricea SRAM la matricea EEPROM (modul STORE) și înapoi (RECALL). În realitate, două matrici sunt combinate fizic într-una.
Restaurarea biților defecți utilizând schema de redundanță încorporată vă permite să creșteți randamentul de cristale adecvate.
Principala diferență dintre memoria nevolatilă Simtek și alte elemente de memorie nevolatilă constă în faptul că partea de înaltă tensiune a circuitului este limitată numai de controlul STORE / RECALL cu o singură tastă. Acest singur nod de înaltă tensiune este o magistrală din polisiliciu de al doilea nivel, care este conectată la tranzistori care asigură un regim non-volatil. Nu sunt conectate alte tranzistoare ale matricei de memorie la tensiune înaltă, ceea ce nu afectează funcționarea elementelor standard nvSRAM. Rezultatul acestei arhitecturi este fiabilitatea suplimentară a întregii memorii în general și un număr limitat de elemente de înaltă tensiune este atractivă în ceea ce privește economiile de spațiu pe cip. Schema de memorie existentă nu va trebui reciclată odată cu introducerea tehnologiei Simtek.
De exemplu, luați în considerare cipul STK14C88. Memorie STK14C88-3 - RAM static rapid 32Kh8 cu element non-volatil în fiecare celulă de memorie (diagrama bloc este prezentată în Figura 1). Numărul ciclurilor de citire / scriere este nelimitat, în timp ce datele din elementele non-volatile sunt stocate pentru o perioadă lungă de timp (100 de ani).
STK14C88-3 funcționează în două moduri diferite: modul de memorie și modul non-volatil. În modul memorie, microcircuitul funcționează ca un RAM static normal de mare viteză. În modul non-volatil, datele sunt transferate din memorie către elementele nevolatile (modul de stocare STORE) sau din elementele non-volatile în memorie (modul recuperare RECALL). Toate funcțiile de memorie sunt blocate.
Eliminarea interferențelor. Deoarece STK14C88-3 este o memorie de mare viteză, pentru o funcționare fiabilă, este necesar un condensator RF de ordinul a 0,1 μF între Vcap și Vss. terminalele condensatorului și căile de imprimare trebuie să fie cât mai scurte posibil. Cerințele pentru distribuția de energie, sol și semnale sunt aceleași ca și pentru toate IC-urile rapide CMOS.
Fig. 2. Graficul timpului de înregistrare a datelor READ # 2
Fig. 3. Graficul timpului de înregistrare a datelor READ # 2
Fig. 4. Schema de timp a înregistrării datelor (control prin W)
Fig. 5. Schema de timp a înregistrării datelor (control prin E)
Pentru a împiedica apariția "rasei de date" pe magistrala de date, este recomandat ca pinul G să fie menținut ridicat în timpul înregistrării. Dacă G este scăzut, atunci circuitul încorporat va dezactiva tampoanele de ieșire prin tWLQZ după trecerea W la un nivel scăzut (cu toate consecințele care rezultă).
Fig. 6. Diagrama de temporizare a înregistrării / recuperării datelor de program în memorie nevolatilă
Programul scrie în memoria nevolatilă STORE
Tabelul 3. Inițializarea înregistrării datelor din program
Autosave AutoStore
În modul normal de salvare automată, condensatorul conectat la pinul VCAP este încărcat, care este folosit pentru a scrie datele o dată în memoria nevolatilă. Dacă tensiunea pe VCAP devine mai mică decât VSWITCH. schema de control va deconecta automat ieșirea VCAP de la sursa de alimentare VCCX și va porni modul de economisire a datelor (figura 7). În Fig. 8 prezintă schema de conectare a condensatoarelor pentru stocarea automată a datelor, capacitatea condensatorului de stocare ar trebui să fie între 68-220 μF.
Fig. 7. Diagrama de timp a modului Autostore Autostore
Fig. 8. Schemă de conectare a condensatorului de stocare în modul Autostore Autostore
Pentru a evita intrările nedorite în memoria nevolatilă, știftul HSB este setat la nivel scăzut (conectat la VCAP printr-un rezistor extern), în timp ce comanda WRITE write va fi ignorată. Aceasta, apropo, este un semnal pentru sistemul în care rulează AutoStore. Prezența sau absența unei comenzi de scriere la stocarea datelor de program nu afectează.
În cazul în care tensiunea de alimentare scade mai repede decât 20 V / μs, trebuie instalat un rezistor de 1 ohm între terminalul VCCX și sursa de alimentare pentru a elimina creșterea intensă dintre VCCX și VCAP.
Hardware scrie în memorie nevolatilă
Pentru înregistrarea datelor hardware, pinul HSB este utilizat în memoria nevolatilă (figura 9). În plus, această ieșire acționează ca un indicator al modului activ de economisire a datelor (indiferent de modul acestui mod).
Dacă un singur condensator de mare capacitate este utilizat atunci când mai multe STK14C88-3 sunt pornite, ieșirea HSB este utilizată pentru a le sincroniza.
Fig. 9. Schema de timp a înregistrării hardware în memorie nevolatilă
Memoria NvSRAM este "una din trei fețe": înlocuiește memoria cu putere încorporată, bliț și EEPROM.
Utilizarea nvSRAM în loc de memoria încorporată permite:
Când înlocuiți memoria flash:
-
stocare ușoară și rapidă a datelor; byte scrieți și citiți; nu există probleme cu declanșatorul plutitor; alimentarea cu energie unipolară; Toate programele și datele sunt stocate într-un singur ciclu STORE de către utilizator sau automat în cazul unei căderi de tensiune; memoria programelor, memoria de date și memoria RAM statică într-un singur pachet.
În comparație cu EEPROM:
- nu are limitări asupra numărului de cicluri de scriere;
- Are un ciclu simetric de citire / scriere de 20 ns;
- poate salva întreaga matrice de date în cazul unei întreruperi a energiei utilizând zero timp de sistem;
- fără probleme de declanșare plutitoare;
- 100% control la salvarea datelor (nu este disponibil cu tehnologia de declanșare plutitoare).