СОДЕРЖАНИЕ
Операция
В 1967 году Давон Кан и Саймон Мин Сзе из Bell Labs предложили использовать плавающий затвор полевого МОП-транзистора в качестве ячейки перепрограммируемого ПЗУ (постоянного запоминающего устройства). Основываясь на этой концепции, Дов Фроман из Intel изобрел СППЗУ в 1971 году и получил патент США 3 660 819 в 1972 году. Фроман разработал Intel 1702, 2048-битное СППЗУ, о котором Intel объявила в 1971 году.
Чтобы получить данные из СППЗУ, адрес, представленный значениями на адресных выводах СППЗУ, декодируется и используется для подключения одного слова (обычно 8-битного байта) памяти к усилителям выходного буфера. Каждый бит слова равен 1 или 0, в зависимости от того, включается или выключается запоминающий транзистор, проводящий или непроводящий.
Состояние переключения полевого транзистора контролируется напряжением на управляющем затворе транзистора. Наличие напряжения на этом затворе создает в транзисторе токопроводящий канал, включая его. Фактически, накопленный заряд на плавающем затворе позволяет программировать пороговое напряжение транзистора.
Для хранения данных в памяти необходимо выбрать заданный адрес и подать на транзисторы более высокое напряжение. Это создает лавинный разряд электронов, у которых достаточно энергии, чтобы пройти через изолирующий оксидный слой и накапливаться на электроде затвора. Когда высокое напряжение снимается, электроны задерживаются на электроде. Из-за высокого значения изоляции оксида кремния, окружающего затвор, накопленный заряд не может легко уйти, и данные могут сохраняться в течение десятилетий.
Подробности
Запрограммированное СППЗУ хранит свои данные как минимум от десяти до двадцати лет, при этом многие из них все еще сохраняют данные через 35 или более лет, и их можно считывать неограниченное количество раз, не влияя на срок службы. Окно стирания должно быть закрыто непрозрачной этикеткой, чтобы предотвратить случайное стирание под воздействием ультрафиолета, обнаруженного при солнечном свете или вспышках фотокамеры. Чипы BIOS старых ПК часто были EPROM, а окно стирания часто было закрыто наклейкой с именем издателя BIOS, версией BIOS и уведомлением об авторских правах. Часто эта этикетка была покрыта фольгой, чтобы обеспечить непрозрачность для УФ-излучения.
Стирание также может быть выполнено с помощью рентгеновских лучей :
Другими словами, чтобы стереть ваш EPROM, вам нужно сначала подвергнуть его рентгеновскому облучению, а затем поместить в духовку при температуре около 600 градусов по Цельсию (чтобы отжечь изменения полупроводников, вызванные рентгеновскими лучами). Влияние этого процесса на надежность детали потребовало бы обширных испытаний, поэтому вместо этого они выбрали окно.
EPROM имеют ограниченное, но большое количество циклов стирания; диоксид кремния вокруг ворот накапливает повреждения от каждого цикла, делая чип ненадежным после нескольких тысяч циклов. Программирование EPROM происходит медленно по сравнению с другими формами памяти. Поскольку детали с более высокой плотностью имеют мало открытого оксида между слоями межсоединений и затвором, ультрафиолетовое стирание становится менее практичным для очень больших запоминающих устройств. Даже пыль внутри упаковки может помешать стиранию некоторых ячеек.
заявка
Для больших объемов деталей (тысячи штук и более) ПЗУ с программированием по маске являются устройствами с наименьшими затратами на производство. Однако для их изготовления требуется много недель, поскольку изображение слоя маски IC необходимо изменять для хранения данных на ПЗУ. Первоначально считалось, что СППЗУ будет слишком дорогим для использования в массовом производстве и что его можно будет ограничить только разработкой. Вскоре было обнаружено, что мелкосерийное производство деталей из СППЗУ является экономичным, особенно с учетом преимущества быстрого обновления прошивки.
Поколения, размеры и типы СППЗУ
В то время как детали одного размера от разных производителей совместимы в режиме чтения, разные производители добавляли разные, а иногда и несколько режимов программирования, что приводило к незначительным различиям в процессе программирования. Это побудило устройства большей емкости ввести «режим подписи», позволяющий программисту СППЗУ идентифицировать производителя и устройство. Это было реализовано путем подачи напряжения +12 В на вывод A9 и считывания двух байтов данных. Однако, поскольку это не было универсальным, программное обеспечение также позволяло вручную устанавливать производителя и тип устройства микросхемы для обеспечения правильного программирования.
Что такое чип памяти и как программировать микросхемы
Главная страница » Что такое чип памяти и как программировать микросхемы
Микросхемы разного назначения применяются в составе электроники современной техники. Огромное многообразие такого рода компонентов дополняют микросхемы памяти. Этот вид радиодеталей (среди электронщиков и в народе) зачастую называют просто – чипы. Основное назначение чипов памяти – хранение определённой информации с возможностью внесения (записи), изменения (перезаписи) или полного удаления (стирания) программными средствами. Всеобщий интерес к чипам памяти понятен. Мастерам, знающим как программировать микросхемы памяти, открываются широкие просторы в области ремонта и настройки современных электронных устройств.
О чипах – микросхемах хранения информации
Микросхема памяти — это электронный компонент, внутренняя структура которого способна сохранять (запоминать) внесённые программы, какие-либо данные или одновременно то и другое. По сути, загруженные в чип сведения представляют собой серию команд, состоящих из набора вычислительных единиц микропроцессора.
Следует отметить: чипы памяти всегда являются неотъемлемым дополнением микропроцессоров – управляющих микросхем. В свою очередь микропроцессор является основой электроники любой современной техники.
Набор электронных компонентов на плате современного электронного устройства. Где-то среди этой массы радиодеталей приютился компонент, способный запоминать информацию
Таким образом, микропроцессор управляет работой электронной техники, а чип памяти хранит сведения, необходимые микропроцессору. Программы или данные хранятся в чипе памяти как ряд чисел — нулей и единиц (биты). Один бит может быть представлен логическими нулем (0) либо единицей (1).
В единичном виде обработка битов видится сложной. Поэтому биты объединяются в группы. Шестнадцать бит составляют группу «слов», восемь бит составляют байт — «часть слова», четыре бита — «кусочек слова».
Программным термином для чипов, что используется чаще других, является байт. Это набор из восьми бит, который может принимать от 2 до 8 числовых вариаций, что в общей сложности даёт 256 различных значений.
Для представления байта используется шестнадцатеричная система счисления, где предусматривается использование 16 значений из двух групп:
Поэтому в комбинациях двух знаков шестнадцатеричной системы также укладываются 256 значений (от 00h до FFh). Конечный символ «h» указывает на принадлежность к шестнадцатеричным числам.
Организация микросхем (чипов) памяти
Для 8-битных чипов памяти (наиболее распространенный тип) биты объединяются в байты (8 бит) и сохраняются под определённым «адресом». По назначенному адресу открывается доступ к байтам. Вывод восьми битов адреса доступа осуществляется через восемь портов данных.
Организация структуры запоминающего устройства. На первый взгляд сложный и непонятный алгоритм. Но при желании разобраться, понимание приходит быстро
Например, 8-мегабитный чип серии 27c801 имеет в общей сложности 1048576 байт (8388608 бит). Каждый байт имеет свой собственный адрес, пронумерованный от 00000h до FFFFFh (десятичное значение 0 — 1048575).
Помимо 8-битных чипов памяти, существуют также 16-битные чипы памяти. Есть микросхемы последовательного доступа, характеризуемые как 1-битные и 4-битные чипы памяти. Правда, последние из отмеченных микросхем теперь уже практически не встречаются.
Микросхемы памяти EPROM (серия 27… 27C …)
Термином «EPROM» зашифрована аббревиатурой техническая характеристика микросхем — стираемая программируемая память только читаемая (Erasable Programmable Read Only Memory). Что это значит в деталях?
Одна из модификаций запоминающих устройств, особенность исполнения которой заключается в наличии специального окна. Благодаря этому окну, ультрафиолетом стирается информация
Несмотря на расшифровку куска аббревиатуры – «только для чтения» (Read Only Memory), информация доступна для стирания и перезаписи, но только с помощью программатора. Часть аббревиатуры — «Erasable», сообщает о возможности стирания данных.
Структура чипов серии 27… 27C… поддерживает стирание информации методом воздействия на ячейки хранения интенсивным ультрафиолетовым излучением (длина волны 254 нм). Обозначение аббревиатуры «программируемый» (Programmable) указывает на возможность программирования, когда любая цифровая информация может быть заложена в чип.
Для программирования чипов требуется программатор. К примеру, 27 серия успешно прошивается устройствами «Batronix Eprommer» или «Galep-4».
Программатор микросхем Batronix — эффективный и продуктивный инструмент программирования запоминающих устройств. Поддерживает работу с широким набором чипов, включая 27 серию
Тип памяти серии 27… 27C… сохраняет записанные программатором данные до следующего программирования с функцией стирания или без таковой. Допускается многократное программирование без стирания, при условии изменения битов только от состояния единицы до состояния нуля или имеющих состояние нуль.
Если же требуется запрограммировать чип памяти с изменением бита от состояния нуля до состояния единицы, прежде необходимо применить функцию стирания. Такая функция предусмотрена в конструкциях микросхем.
Конфигурация исполнения серии 27…, 27C..
Микросхемы 27 серии выпускаются с окном из кварцевого стекла для засветки ультрафиолетом или без окна. Конфигурация чипа без окна не поддерживает функцию ультрафиолетового стирания. Такой тип микросхем (без окна) относят к чипам EPROM, которые программируются за один раз. Маркируются чипы как OTP (One Time Programmable) — одноразовое программирование.
Запоминающее программируемое устройство из группы однократно программируемых EPROM (One Time Programmable). В настоящее время редко применяемые
На устройствах с окном после стирания ультрафиолетом и последующего программирования, кварцевое окно закрывают наклейкой. Так защищают данные от возможного повреждения светом.
Солнечные лучи содержат ультрафиолет, а это значит – свет солнца способен стирать информацию, записанную в микросхеме. Правда, чтобы полностью стереть данные солнечным светом, потребуется несколько сотен часов прямого воздействия солнечных лучей.
Также следует отметить особенности EPROM серии 27C… Символ «С» в данном случае указывает на принадлежность чипа к семейству CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor) — комплементарный метал-оксидный полупроводник.
Этот вид микросхем памяти отличается сниженной производительностью по отношению к семейству NMOS (N-channel Metal Oxide Semiconductor) — N-канальный метал-оксидный полупроводник.
Кроме того, серия 27C требует меньшего напряжения питания (12,5В). Между тем обе конфигурации исполнения совместимы. Поэтому, к примеру, микросхема 2764 вполне заменима на чип 27C64.
Микросхемы памяти EEPROM серии 28C…
Здесь первое отличие заметно в аббревиатуре типа памяти – EEPROM, что означает электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory).
Построение этой серии практически идентично 27 чипам. Однако 28 серия позволяет стирать отдельные байты или всё пространство памяти электрическим способом, без применения ультрафиолета.
Серия запоминающих устройств, поддерживающая электрический метод стирания информации. Этот вид входит уже в состав группы EEPROM — электрически стираемых постоянных запоминающих устройств
Поскольку отдельные байты можно стереть, не удаляя всю хранимую информацию, эти отдельные байты могут быть перезаписаны. Однако процесс записи EEPROM занимает больше времени, чем программирование EPROM. Разница до нескольких миллисекунд на байт.
Чтобы компенсировать этот недостаток, чипы подобные AT28C256, оснащаются функцией блочного программирования. При таком подходе к программированию, одновременно (блоком) загружаются 64, 128 или 256 байт. Блочный способ сокращает время программирования.
Чипы памяти FLASH EEPROM серии 28F …, 29C …, 29F …
Эти чипы можно стирать электрически — полностью или блоками, а некоторые (подобные AT28C …) могут программироваться блоками.
Между тем Flash-память не всегда применимо использовать в качестве замены обычного чипа. Причины, как правило, заключаются в разной конфигурации корпусного исполнения.
Устройства записи и хранения данных, поддерживающие технологию программирования Flash-memory. Отличаются исполнением корпуса с большим числом контактов (32). Входят в группу EPROM
Простой пример, когда Flash-память доступна только в корпусах на 32 контакта или более. Поэтому, допустим, чип 28F256 на 32 вывода не совместим с чипом 27C256, имеющим 28 контактных выводов. При этом микросхемы имеют одинаковый объём памяти и другие параметры, подходящие для замены.
Чипы EEPROM с последовательным доступом (24C …, 25C …, 93C …)
Микросхемы памяти с последовательным интерфейсом отличаются тем, что вывод данных и наименование имен в них происходят частями (последовательно).
Последовательный процесс позволяет получить доступ только к одному биту за раз, и доступный адрес также передаётся по битам. Но последовательное программирование имеет явное преимущество в плане конфигурации корпусов.
Всего восемь контактных ножек достаточно запоминающему устройству серии 24C и подобным для полноценной работы на запись и хранение данных
Это преимущество успешно используется. Практически все EEPROM последовательного доступа изготавливаются в виде 8-контактных малогабаритных микросхем. Такое исполнение корпуса видится более практичным, удобным.
Запоминающие устройства ОЗУ серии 52 …, 62 …, 48Z …, DS12 …, XS22 …
Аббревиатура ОЗУ (RAM) расшифровывается как «память произвольного доступа» (Random Access Memory). Также микросхемы серии 52 …, 62 … и подобные часто характеризуются «оперативными запоминающими устройствами».
Их отличительные черты – скоростная запись без необходимости предварительного стирания. Здесь видится некоторое преимущество относительно других изделий. Но есть и недостаток – чипы ОЗУ отмеченной и других серий утрачивают все записанные и сохранённые данные при отключении питания.
Однако имеется альтернатива – память NVRAM (Non Volatile Random Access Memory) – энергонезависимая память серий 48, DS, XS и подобная, с произвольным доступом. Этот вид чипов выделяется среди основных преимуществ микросхем RAM высокой скоростью перезаписи и простым программированием. Потеря питания не оказывает влияние на сохранённую информацию.
Устройства записи и хранения информации, которые не боятся отключения питания. Их структура предусматривает эффективную защиту данных
Как же способом достигается энергетическая независимость NVRAM? Оказывается, производителями используются две методики:
Для первого варианта: при отключении питания происходит автоматический переход на внутренний источник энергии. По словам производителей чипов с АКБ, энергии встроенного уникального аккумулятора вполне достаточно на 10 лет работы.
Для второго варианта: технология предусматривает копирование данных пространства памяти NVRAM на встроенное пространство EEPROM. Если утрачивается питание, копия информации остаётся нетронутой и после восстановления энергии, автоматически копируется на NVRAM.
Маркировка и взаимозаменяемость компонентов
Выведенная на корпусе маркировка чипа памяти традиционно содержит:
Также на корпусах нередко отмечаются сведения о производителе. Независимо от производителя, многие микросхемы памяти совместимы.
Маркировка — структура записи на корпусе программируемого устройства, раскрывающая основные сведения, по которым можно подобрать аналог на замену при необходимости
Также микросхемы памяти должны иметь одинаковый размер (объём) и равноценное или меньшее время доступа. Желательно выбирать корпус, подходящий по температурному диапазону. Следует отметить: размер памяти задается в битах, не в байтах. За цифрой объёма обычно следует обозначение версии (например, «F»).
Далее, через дефис, отмечается максимально разрешенная скорость доступа в наносекундах — время задержки между циклами ввода адреса и вывода данных на порты чипа памяти. Время задержки обозначается двумя цифрами (например, «70» соответствует 70 нс, а вот «10» соответствует 100 нс). Наконец, завершают маркировку изделия тип корпуса и допустимый диапазон температур.
Пример расшифровки маркировки микросхемы памяти M27C1001-10F1:
Из практики программирования запоминающих устройств
На видео ниже демонстрируется пример из практики инженера-электронщика, касающийся программирования специальных чипов, наделённых функционалом электрической «памяти»:
При помощи информации: Batronix
КРАТКИЙ БРИФИНГ
СОДЕРЖАНИЕ
История
Имеющиеся в продаже массивы памяти OTP на основе полупроводниковых предохранителей существуют, по крайней мере, с 1969 года, при этом начальные разрядные ячейки антипредохранителей зависят от перегорания конденсатора между пересекающимися проводящими линиями. В 1979 году компания Texas Instruments разработала оксидный предохранитель для пробоя МОП-затвора. В 1982 г. был представлен двухтранзисторный (2Т) МОП-антифузор. Первые технологии пробоя оксида демонстрировали множество проблем масштабирования, программирования, размеров и производства, которые препятствовали увеличению объема производство запоминающих устройств на основе этих технологий.
Хотя PROM на основе предохранителей был доступен в течение десятилетий, он не был доступен в стандартной CMOS до 2001 года, когда компания Kilopass Technology Inc. запатентовала технологии битовых ячеек 1T, 2T и 3.5T с использованием стандартного процесса CMOS, что позволило интегрировать PROM в логику. КМОП-чипы. Первый узел процесса антифузия может быть реализован в стандартной КМОП-матрице 0,18 мкм. Так как пробой оксида затвора меньше, чем пробой перехода, не потребовалось специальных шагов по диффузии для создания элемента программирования антипредохранителя. В 2005 году компания Sidense представила противовзрывное устройство с разделенным каналом. Эта битовая ячейка с разделенным каналом объединяет толстые (IO) и тонкие (затвор) оксидные устройства в один транзистор (1T) с общим поликремниевым затвором.
Программирование
В типичном PROM все биты читаются как «1». Сжигание бита предохранителя во время программирования приводит к тому, что бит читается как «0». Память можно запрограммировать только один раз после изготовления путем «перегорания» предохранителей, что является необратимым процессом.
Битовая ячейка программируется путем подачи высоковольтного импульса, не встречающегося при нормальной работе, через затвор и подложку тонкого оксидного транзистора (около 6 В для оксида толщиной 2 нм или 30 МВ / см) для разрушения оксида. между воротами и подложкой. Положительное напряжение на затворе транзистора формирует канал инверсии в подложке под затвором, заставляя туннельный ток течь через оксид. Ток создает дополнительные ловушки в оксиде, увеличивая ток через оксид и в конечном итоге плавя оксид и формируя проводящий канал от затвора к подложке. Ток, необходимый для формирования проводящего канала, составляет около 100 мкА / 100 нм 2, а пробой происходит примерно за 100 мкс или меньше.
СОДЕРЖАНИЕ
Операция
В 1967 году Давон Кан и Саймон Мин Сзе из Bell Labs предложили использовать плавающий затвор полевого МОП-транзистора в качестве ячейки перепрограммируемого ПЗУ (постоянного запоминающего устройства). Основываясь на этой концепции, Дов Фроман из Intel изобрел СППЗУ в 1971 году и получил патент США 3 660 819 в 1972 году. Фроман разработал Intel 1702, 2048-битное СППЗУ, о котором Intel объявила в 1971 году.
Чтобы получить данные из СППЗУ, адрес, представленный значениями на адресных выводах СППЗУ, декодируется и используется для подключения одного слова (обычно 8-битного байта) памяти к усилителям выходного буфера. Каждый бит слова равен 1 или 0, в зависимости от того, включается или выключается запоминающий транзистор, проводящий или непроводящий.
Состояние переключения полевого транзистора контролируется напряжением на управляющем затворе транзистора. Наличие напряжения на этом затворе создает в транзисторе токопроводящий канал, включая его. Фактически, накопленный заряд на плавающем затворе позволяет программировать пороговое напряжение транзистора.
Для хранения данных в памяти необходимо выбрать заданный адрес и подать на транзисторы более высокое напряжение. Это создает лавинный разряд электронов, у которых достаточно энергии, чтобы пройти через изолирующий оксидный слой и накапливаться на электроде затвора. Когда высокое напряжение снимается, электроны задерживаются на электроде. Из-за высокого значения изоляции оксида кремния, окружающего затвор, накопленный заряд не может легко уйти, и данные могут сохраняться в течение десятилетий.
Подробности
Запрограммированное СППЗУ хранит свои данные как минимум от десяти до двадцати лет, при этом многие из них все еще сохраняют данные через 35 или более лет, и их можно считывать неограниченное количество раз, не влияя на срок службы. Окно стирания должно быть закрыто непрозрачной этикеткой, чтобы предотвратить случайное стирание под воздействием ультрафиолета, обнаруженного при солнечном свете или вспышках фотокамеры. Чипы BIOS старых ПК часто были EPROM, а окно стирания часто было закрыто наклейкой с именем издателя BIOS, версией BIOS и уведомлением об авторских правах. Часто эта этикетка была покрыта фольгой, чтобы обеспечить непрозрачность для УФ-излучения.
Стирание также может быть выполнено с помощью рентгеновских лучей :
Другими словами, чтобы стереть ваш EPROM, вам нужно сначала подвергнуть его рентгеновскому облучению, а затем поместить в духовку при температуре около 600 градусов по Цельсию (чтобы отжечь изменения полупроводников, вызванные рентгеновскими лучами). Влияние этого процесса на надежность детали потребовало бы обширных испытаний, поэтому вместо этого они выбрали окно.
EPROM имеют ограниченное, но большое количество циклов стирания; диоксид кремния вокруг ворот накапливает повреждения от каждого цикла, делая чип ненадежным после нескольких тысяч циклов. Программирование EPROM происходит медленно по сравнению с другими формами памяти. Поскольку детали с более высокой плотностью имеют мало открытого оксида между слоями межсоединений и затвором, ультрафиолетовое стирание становится менее практичным для очень больших запоминающих устройств. Даже пыль внутри упаковки может помешать стиранию некоторых ячеек.
заявка
Для больших объемов деталей (тысячи штук и более) ПЗУ с программированием по маске являются устройствами с наименьшими затратами на производство. Однако для их изготовления требуется много недель, поскольку изображение слоя маски IC необходимо изменять для хранения данных на ПЗУ. Первоначально считалось, что СППЗУ будет слишком дорогим для использования в массовом производстве и что его можно будет ограничить только разработкой. Вскоре было обнаружено, что мелкосерийное производство деталей из СППЗУ является экономичным, особенно с учетом преимущества быстрого обновления прошивки.
Поколения, размеры и типы СППЗУ
В то время как детали одного размера от разных производителей совместимы в режиме чтения, разные производители добавляли разные, а иногда и несколько режимов программирования, что приводило к незначительным различиям в процессе программирования. Это побудило устройства большей емкости ввести «режим подписи», позволяющий программисту СППЗУ идентифицировать производителя и устройство. Это было реализовано путем подачи напряжения +12 В на вывод A9 и считывания двух байтов данных. Однако, поскольку это не было универсальным, программное обеспечение также позволяло вручную устанавливать производителя и тип устройства микросхемы для обеспечения правильного программирования.
