CC BY
198Компоненты и технологии, № 6'2003 Компоненты
Микросхемы памяти компании
STMicroelectronics
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 мировых лидеров в этой области — компанию БТМкгое^Стошсв.
Для восполнения пробелов в данном вопросе и предназначена серия статей, первая из которых предлагается вашему вниманию.
Анатолий Юдин, к. т. н.
Виды микросхем памяти компании STMicroelectronics
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, разработанного для замены MaskROM, а также микросхемы памяти PROM и RPROM компании WSI (США), вошедшей в состав ST;
Микросхемы памяти STMicroelectronics
EPROM EEPROM и Serial NVM
Flash
SRAM
NVRAM
Smartcard
PSM
Стандартная EPROM — M27xxx
5 В 3,3 В
Tiger Range
I 2,7-3,3 В
PRO M/R POROM ОТ WSI WS57Cxxx
EPROM от WSI
Flexible
ROM
EPROM M93x — шина MICROWIRE®
EPROM M95x — шина SPI
EPROM M24x— шина 12C
М25РХ —SFIesh с секторным стиранием
М45РЕХ— Sflesh с страничным стиранием
Специализированные EPROM (ASM)
Бесконтактные EPROM с радиочастотным интерфейсом
М28х М29х МЗОх Промышленного стандарта с различным питанием
М58х М59х Специализированные с расширенной архитектурой
M29KWXXX
LightFlash
М32х МЗбх С разнородной памятью (Flash + SRAM)
М50х Firmware Hub для BIOS
М68х Асинхронная SRAM
М65х* Маломощная SDRAM
М40х M41STX NVRAM Supervisor
M48Zx Zeropower SRAM
M440TX М48Тх Timekeeper SRAM
M41Tx M41STX Serial RTC
M70x Для поисковых сетевых машин
M616Z08 для автоэпектроники
М69* Pseudo SRAM
М69* Синхронная SRAM
* в разработке
PSD4x PSD8x Flash PSD
PSD3x OTP PSD
ZPSD3x Zeropower OTP PSD
DSM21x PSM для DSP
MHKpoPSD PSM с ядром микроконтроллера 8032
Serial EEPROM для Смарт-карт
ST1200 ST13x для телефонных карточек
Рис. 1. Виды и основные серии микросхем памяти компании STMicroelectronics
• EEPROM и Serial NVM (последовательная энергонезависимая долговременная память) — из последовательной перепрограммируемой энергонезависимой памяти выпускаются микросхемы памяти EEPROM с различными шинными интерфейсами, последовательная Flash-память, стандартные микросхемы памяти специального назначения (ASM) и бесконтактные (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 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 кристалле», 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 обеспечения безопасности.
Виды и основные серии микросхем памяти, производимых компанией STMicroelectronics, представлены на рис. 1.
EPROM, EEPROM и Flash — в чем разница?
Первыми технологиями энергонезависимой памяти были EPROM (стираемая программируемая постоянная память) и EEPROM (электрически сти-
Компоненты и технологии, № 6'2003
раемая программируемая 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 перепрограммировано с новыми данными.
Память EEPROM более гибка. 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, в 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 наиболее востребованными видами памяти на рынке была DRAM (динамическое ОЗУ с произвольной выборкой) и SRAM (статическое ОЗУ с произвольной выборкой). Несмотря на их энергозависимость, они обеспечивали высокую скорость записи, что обязательно для оперативной памяти. Кроме того, малые размеры ячеек памяти DRAM позволяют получить высокую плотность хранения. Преимуществом SRAM являются меньшие непроизводительные 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 EEPROM. 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 дополнительное преимущество. Она обычно организована в виде множества секторов, каждый из которых может быть индивидуально перепрограммирован.
Развитие технологии Flash-памяти осуществляется по двум основным направлениям: уменьшение размеров ячеек за счет новых технологических процессов изготовления (0,25, 0,18, 0,13, 0,10 мкм...) и оптимизации архитектуры памяти для конкретных приложений. По сравнению с DRAM Flash-память труднее в разработке и производстве. Поэто-
Исток
Затвор полевого транзистора
промежуточный оксид
плавающим затвор
подзатворный оксид
п+
S
п+
D
инженерия электронов Р — подложка
-► механизм записи
Рис. 2. Базовая ячейка EPROM
му ее развитие по плотности отстает от DRAM примерно на одну градацию. То есть, если DRAM производится по технологии 0,18 мкм, то Flash-память будет производиться по технологии 0,25 мкм.
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 тенденций 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 Mбайт) для хранения кода. Затем функциональные возможности сотовых телефонов резко возросли вплоть до обеспечения Интернета, GPS, интерактивной выдачи новостей, телевизионной конференц-связи и музыки. Каждая новая сервисная функция требует увеличения количества Flash-памяти для хранения кода, емкости которой за это время возросли до 128 Мбайт. Сейчас сотовый телефон оснащается фотокамерой, биометрическим сенсором, возможностью загрузки музыки и программ. Это означает, что если сейчас для сотового телефона в ос-
новном достаточно иметь 8 Мбайт Flash-памяти, то к концу 2004 года полностью будут задействованы имеющиеся сегодня возможности в 128 Мбайт 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 только 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 характеристикой группового считывания 100 M^), которая будет использоваться скорее, чем стандартные микросхемы Flash-памяти.
Работа на опережение потребностей рынка помогла STMicroelectronics разработать новые изделия типа сверхмалого (25 нс!) времени выборки в микросхемах Flash-памяти для жесткого диска компьютера и первую в мире Flash-память на 32 Мбайт, комбинирующую архитектуру с двумя банками памяти и быстрый доступ с полнофункциональным режимом постраничного 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-тран-зистора (часть МОП-транзистора между истоком и стоком). Схема базовой ячейки EPROM приведена на рис. 2.
Компоненты и технологии, № 6'2003
В отличие от стандартного МОП-транзис-тора, 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 регулирующему затвору и измеряя изменение сопротивления транзистора, можно определить наличие электрического заряда на плавающем затворе. Поскольку плавающий затвор электрически изолирован от остальной части схемы, требуются специальные методы для переноса на него заряда. Один из методов состоит в заполнении канала МОП-транзис-тора 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. Именно такой метод используется для программирования ячейки памяти в EPROM и Flash-памяти.
Эта методика, известная как канальная ин-жекция 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).
В микросхемах памяти EEPROM туннельный эффект используется для «зарядки» и «разрядки» плавающего затвора согласно полярности прикладываемого туннельного напряжения (рис. 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 практических напряжениях. У Flash-памяти (рис. 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 производства Flash-памяти, а еще меньшее количество способно квалифицированно 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 позволяют различать более двух энергетических состояний плавающего затвора, что эквивалентно хранению двух и более битов на одном плавающем затворе. Это крупное научно-техническое достиже-
ние, 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.
Хотя все микросхемы Flash-памяти используют одну и ту же базовую запоминающую ячейку, имеется множество видов их связей в пределах всей матрицы памяти. Наиболее известными архитектурами являются NOR (ИЛИ-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 быстрое время считывания (предоставляя лучшие возможности для хранения кода), а NAND-устройства предлагали более высокие плотности хранения (так как ячейка NAND приблизительно на 40% меньше ячейки NOR). Однако появление технологии многоразрядной ячейки сдвигает баланс явно к NOR-архитектурам. Кроме того, надо учитывать, что в NOR-архитектуре усилители 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 следует ожидать появления в скором времени четырехразрядной ячейки и ее преимущество окончательно утвердится.
Микросхемы памяти EPROM компании ST
Компания STMicroelectronics (ST) производит весьма конкурентоспособные микросхемы памяти EPROM. Непрерывные усовершенствования технологии производства
Компоненты и технологии, № 6'2003
M27 □□□□ - □
Питание С = Vcc + 5В V = Vcc = 3,3В W = Vcc = 2,7В - 3,6В
г~ ~+ ~^
Емкость
256 = 256 Кб, (х8)
512 = 512 Кб, (х8)
516 = 512 кб, (х16)
1001 = 1 Мб, (х8)
1024 = 1 Мб, (х16)
2001 = 2 Мб, (х8)
202 = 2 Мб, (х16)
4001 = 4 Мб, (х8)
4002 = 4 Мб, (X16)
400 = 4 Мб, (X8/X16)
801 = 8 Мб, (х8)
800 = 8 Мб, (X8/X16)
160 = 16 Мб, (х8/х16) 322 = 32 Мб, (х16)
320 = 32 Мб, (х8/х16) 642 = 64 Мб, (х16)
640 = 64 Мб, (х8/х16)
V___________________________'
Диапазон рабочих температур 1 = от 0 до 70 °С 3 = от -40 до 125 °С 6 = от -40 до 85 °С
Тип корпуса В = PDIP F = FDIPW С = PLCC N = TSOP К = PLCC M = SO S = PSDIP
Рис. 5. Маркировка микросхем EPROM ST
Таблица 2. Параметры микросхем памяти OTP и UV EPROM типа Tiger Range, питание 3 В
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
Таблица 1. Параметры микросхем
OTP и UV EPROM
Обьем Обозна- чение Описание Корпус
| Питание 5 В
64 кбайт M27C64A 64 кбайт (х8), 100-200нс FDIP28W, PLCC32
256 кбайт M27C256B 256 кбайт (х8), 45-150нс FDIP28W, PDIP28, PLCC32, TSOP28
512 кбайт M27C512 512 кбайт (х8), 45-150нс FDIP28W, PDIP28, PLCC32, TSOP28
M27C516 512 кбайт (х16), 35-100 нс PLCC44, TSOP40B
1 Мбайт M27C1001 1 Мбайт (х8), 35-150 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
M27C1024 1 Мбайт (х16), 35-150 нс FDIP40W, PDIP40, PLCC44, TSOP40B
2 Мбайт M27C2001 2 Мбайт (х8), 35-100 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
M27C202 2 Мбайт (х16), 45-100нс FDIP40W, PDIP40, PLCC44, TSOP40B
4 Мбайт M27C4001 4 Мбайт (х8), 35-150 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
M27C4002 4 Мбайт (х16), 45-150нс FDIP40W, PDIP40, PLCC44, TSOP40A
M27C400 4 Мбайт (х8/х16), 50-100 нс FDIP40W, PDIP40
8 Мбайт M27C801 8 Мбайт (х8), 45-150нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
M27C800 8 Мбайт (х8/х16), 50-120 нс FDIP42W, PDIP42, PLCC44, SO44
16 Мбайт M27C160 16 Мбайт (х8/х16), 50-120 нс FDIP42W, PDIP42, PLCC44, SO44
32 Мбайт M27C322 32 Мбайт (х16), 50-100 нс FDIP42W, PDIP42, PSDIP42
M27C320 32 Мбайт (х8/х16), 50-100 нс TSOP48, SO44
64 Мбайт* M27C642 64 Мбайт (х16), 80-100 нс FDIP42W, PDIP42
M27C640 64 Мбайт (х8/х16), 80-100 нс TSOP48
| Питание 3,3 В
16 Мбайт M27V160 16 Мбайт (x8/x16), 100-150нс FDIP42W, PDIP42, SO44
32 Мбайт M27V322 32 Мбайт (x16), 100-150нс FDIP42W, PDIP42
* в разработке
ввиду того, что они программируются на завершающей стадии производства.
Выпускаемые микросхемы обладают емкостью от 64 кбайт до 64 Мбайт 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.
Набор продукции включает стандартные микросхемы с питанием 5 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 керамических корпусах FDIP с окошком и пластиковых двурядных корпусах PDIP, а также в корпусах для поверхностного монтажа PLCC и TSOP. Основные параметры стандартных микросхем памяти EPROM приведены в таблице 1.
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 стремится обеспечить потребителя изделиями с новыми качествами и поэтому реко-мен дует заказчикам заменить серию «V» 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 и 3 В. Время доступа при питании 2,7 В маркируется на микросхеме
Объем Обозна- чение Описание Корпус
256 кбайт M27W256 256 кбайт (х8), 80 нс (70нс/3В)-100 нс FDIP28W, PDIP28, PLCC32, TSOP28
M27W512 512 кбайт (х8), 80 нс (70нс/3В)-100 нс FDIP28W, PDIP28, PLCC32, TSOP28
1 Мбайт M27W101 1 Мбайт (х8), 80 нс (70нс/3В)-100 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
M27W102 1 Мбайт (х16), 80 нс (70нс/3В)-100 нс FDIP40W, PDIP40, PLCC44, TSOP40B
2 Мбайт M27W201 2 Мбайт (х8), 80 нс (70нс/3В)-100 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
M27W202 2 Мбайт (х16), 100 нс (80нс/3В) FDIP40W, PDIP40, PLCC44, TSOP40B
4 Мбайт M27W401 4 Мбайт (х8), 80 нс (70нс/3В)-100 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
M27W402 4 Мбайт (х16), 100 нс (80нс/3В)-120 нс FDIP40W, PDIP40, PLCC44, TSOP40A
M27W400 4 Мбайт (х8/х16), 100 нс (80нс/3В)-120нс FDIP40W, PDIP40, PLCC44
8 Мбайт M27W801 8 Мбайт (х8), 100 нс (80нс/3В)-120 нс FDIP32W, PDIP32, PLCC32, TSOP32A
M27W800 8 Мбайт (х8/х16), 100 нс (90нс/3В) FDIP42W, PDIP42, PLCC44
и в описании специфицируется более быстрое время доступа. Время доступа для напряжения питания выше 2,7 В является рабочим. Состав семейства микросхем Tiger Range приведен в таблице 2.
Семейство Tiger Range UV и OTP EPROM 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 и 8 Мбайт скорость программирования доведена до 50 мкс на слово или байт. Данные по потреблению и производительности серии Tiger Range приведены в таблице 3.
Таблица 3. Производительность
микросхем памяти Tiger Range
Обозна- чение Объем (Органи- зация) Потреб- ление Скорость выборки Скорость программи- рования
M27W256 256 кбайт (х8) 15 мA при 5M^ 80 нс (70 нс/3 В) 100 мкс/байт
M27W512 512 кбайт (х8) 15 мA при 5M^ 80 нс (70 нс/3 В) 100 мкс/байт
M27W101 1 Мбайт (х8) 15 мA при 5M^ 80 нс (70 нс/3 В) 100 мкс/байт
M27W102 1 Мбайт (х16) 15 мA при 5M^ 80 нс (70 нс/3 В) 100 мкс/слово
M27W201 2 Мбайт (х8) 15 мA при 5M^ 80 нс (70 нс/3 В) 100 мкс/байт
M27W202 2 Мбайт (х16) 20 мA при 5M^ 100 нс (80 нс/3 В) 100 мкс/слово
M27W401 4 Мбайт (х8) 15 мA при 5M^ 80 нс (70 нс/3 В) 100 мкс/байт
M27W402 4 Мбайт (х16) 15 мA при 5M^ 100 нс (80 нс/3 В) 100 мкс/слово
M27W400 4 Мбайт (х8/х16) 20 мA при 8M^ 100 нс (80 нс/3 В) 50 мкс/слово
M27W801 8 Мбайт (х8) 15 мA при 5M^ 100 нс (80 нс/3 В) 50 мкс/байт
M27W800 8 Мбайт (х8/х16) 30 мA при 8M^ 100 нс (90 нс/3 В) 50 мкс/слово
Компоненты и технологии, № 6'2003
Микросхемы низковольтной серии Tiger Range полностью совместимы по штырькам со стандартной серией 5-вольтовой UV и OTP EPROM. Это гарантирует их полное соответствие для приложений, в которых микропроцессорное питание заменяется с 5 на 3 В (таблица 4).
Таблица 4. Совместимость UV и OTP EPROM по питанию
3 В Объем 5 В
обозначение (организация) обозначение
M27W256 2б6 кбаЙт (x8) M27C256B
M27W512 б12 кбаЙт (x8) M27C512
M27W101 1 Mбайт (x8) M27C1001
M27W102 1 Mбайт (x16) M27C1024
M27W201 2 Mбайт (x8) M27C2001
M27W202 2 Mбайт (x16) M27C202
M27W401 4 Mбайт (x8) M27C4001
M27W402 4 Mбайт (x16) M27C4002
M27W400 4 Mбайт (x8/x16) M27C400
M27W801 8 Mбайт (x8) M28C801
M27W800 8 Mбайт (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 вместо масочной ROM (таблица 5). Таблица 5. Замена Mask ROM высокоплотной EPROM
Обозна- чение Органи- зация Скорость выборки Потребление
| Питание б В
M27C801 x8 4б нс 3б мA при б M^
M27C800* x8/x16 б0 нс 70 мA при 8 M^
M27C160* x8/x16 б0 нс 70 мA при 8 M^
M27C322* x16 б0 нс б0 мA при б M^
M27C320* x8/x16 б0 нс 70 мA при 8 M^
1 Питание 2,7 В (min)
M27W801 * x8 100 нс (80 нс/3 В) 1б мA при б M^
M27W800 * x8/x16 100 нс (90 нс/3 В) 30 мA при 8 M^
* заменяющие Mask ROM
Для примера рассмотрим более подробно микросхему M27C320 32 M6ot (4Mx8 или 2Mx16), 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 напряжение. Все входы совместимы c TTL-схемами за исключением Vрр и A9 с напряжением 12 В для электронной подписи производителя микросхемы.
M27C320 имеет два вида режима чтения — пословный и побайтный. Вид чтения определяется уровнем сигнала на выводе BYTE. При высоком уровне сигнала на этом штырь-
ке 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 контакт 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 неустановив-шихся 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.
vcc I
21 А0-А20 =^) Е С М27С320 м ► Q15A-1 15 Су^> Q0-Q14
GVpp С Э BYTE
со — со >
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
Усс Питающее напряжение
Vss Земля
NC Внутренне не связан
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 находится 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 64 M6ot. Кроме того, каждая новая разработка содержит несколько фотолитографических новшеств, улучшающих электрические характеристики микросхем.
С входом в состав STMicroelectronics компании Waferscale Inc. (США) открылись возможности поставок микросхем памяти типа PROM (programmable ROM)/RPROM (reprogrammable ROM). Основные параметры семейства высокоэффективных микросхем памяти PROM и RPROM, 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).
Самой последней разработкой компании STMicroelectronics в области электрически программируемых ПЗУ является семейство FlexibleROM, которое может использоваться как простая замена для любого ПЗУ. Это одноразовое программируемое семейство, изготавливаемое по технологии 0,15 мкм компании ST, доступно потребителю с начальной емкостью памяти 16 M6ot. Новое семейство микросхем памяти FlexibleROM относится
Компоненты и технологии, № 6'2003
Таблица 7. КМОП PROM/RPROM компании WSI
Таблица 9. Семейство FlexibleROM
Таблица 10. Кросс-таблица EPROM
Обозна- чение Описание Корпуса
WS57C191C 16 кбайт (2 кбайтх8), 25-55 нс CERDIP24, 0.6"; PLDCC28; PDIP24, 0.6"
WS57C291C 16 кбайт (2 кбайтх8), 25-55 нс PDIP24, 0.3"; CERDIP24, 0.3"
WS57LV291C 16 кбайт (2 кбайтх8), 70-90 нс CERDIP24, 0.3"
WS57C45 (заказ) 16 кбайт (2 кбайтх8), 25-45 нс CERDIP24, 0.3"; PDIP24, 0.3"; CERDIP24, 0.3"
WS57C43C 32 кбайт (4 кбайтх8), 25-70 нс CLLCC28; CERDIP24, 0.6"; PLDCC28; PDIP24, 0.3"; CERDIP24, 0.3"
WS57C49C 64 кбайт (8 кбайтх8), 25-70 нс CLLCC28; CERDIP24, 0.6"; Ceramic Flatpack24; PLDCC28; CLDCC28; PDIP24, 0.3"; CERDIP24, 0.3"
WS57C51C 128 кбайт (16 кбайтх8), 35-70 нс CLLCC32; CERDIP28, 0.6"; PLDCC32; CLDCC32; CERDIP28, 0.3"
WS57C71C 256 кбайт (32 кбайтх8), 35-70 нс CLLCC32; CERDIP28, 0.6"; PLDCC32; CLDCC32; CERDIP28, 0.3"
Таблица 8. Military EPROM
Обозна- чение Описание Корпуса
WS57C128FB 128 кбайт (16 кбайтх8), 35-70 нс CLLCC32; CERDIP28, 0.6"; PLDCC32; CLDCC32
WS57C256F 256 кбайт (32 кбайтх8), 35-70 нс CLLCC32; CERDIP28, 0.6"; PLDCC32; CLDCC32; PDIP28 0.6"; CERDIP28, 0.3"
27C010L 1 Мбайт (128 кбайтх8), 35-200 нс CERDIP32, CLLCC32
Характеристики 16 Mбайт 32 M6o^ 64 M6o^
Обозначение M27W016 M27W032 M27W064
Архитектура 8 блоков по 2 Mбайт 16 блоков по 2 Mбайт 32 блока по 2 Mбайт
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 0. 70 °C 0. 70 °C 0. 70 °C
SO44,
Корпуса TSOP48, SO44, SO44,
PDIP42, SDIP42 TSOP48 TSOP48
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 изменение 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.
Микросхемы доступны как в «пустых», так и в предварительно запрограммированных версиях. Имеющаяся возможность предварительного программирования 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 Flash, время программирования также существенно уменьшено. Микросхемы FlexibleROM обеспечены типовой способностью многословной программы с большим потоком данных, что позволяет программировать устройство с емкостью 64 M6ot 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 напряжение питания от 2,7 до 3,6 В для операций чтения и от 11,4 до 12,6 В для программирования. Устройства организованы как х16-бит, при включении питания по умолчанию устанавливается режим памяти «Чтение», так что они могут читаться как ПЗУ (ROM) или ЭПЗУ (EPROM).
В настоящее время доступны образцы M27W016 (корпус DIL или SM) и M27W064 (корпус SM) и массовое производство уже начато. Разворачивается производство M27W032 (корпус SM), а версии на 128 и 256 M6ot 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.
• При использовании эффективнее, чем ROM и OTP.
• Возможность быстрого однократного программирования «в системе».
• Легкость модернизации емкости памяти.
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 завершение краткого обзора микросхем памяти UV и OTP EPROM приведем некоторые данные по соответствию микросхем данного вида компании ST микросхемам памяти других производителей (таблица 10). МИ
Литература
1. Data sheet M27C320. STMicroelectronics. 2000.
