Микросхемы памяти компании STMicroelectronics

В статье продолжается рассмотрение различных видов памяти, разрабатываемых и производимых компанией STMicroelectronics (ST), одним из мировых лидеров по производству электронных компонентов, в том числе микросхем памяти, и обладающей уникальной технологией производства Flash-памяти и программируемых систем памяти на одном кристалле.

3. Микросхемы последовательной энергонезависимой памяти (EEPROM и Serial NVM) компании STMicroelectronics

Последовательная энергонезависимая память - наиболее гибкий тип долговременной энергонезависимой памяти, которая обеспечивает возможность записи вплоть до байтового уровня, без необходимости стирания данных перед записью нового значения. Это делает их идеальными для хранения параметров.

Новые высокоскоростные микросхемы с высокой плотностью памяти ЭППЗУ (EEPROM) и последовательной Flash-памяти обеспечивают хранение кода, занимая мало места на плате при пониженном числе выводов.

Семейства последовательной Flash-памяти ST имеют возможность "секторного стирания / страничной прошивки" и "страничного стирания / страничной прошивки". Это стало возможно благодаря более тонкой мелкоячеистости памяти по сравнению со стандартной Flash-памятью, характеристика зернистости которой не соответствует характеристике байтового уровня последовательного ЭППЗУ.

Быстро развивающийся рынок передачи данных полагается пока в большей степени на ЭППЗУ, которые энергетически эффективны и более удобны в использовании - телефонные трубки, цифровая беспроводная связь (DECT), телефоны и модемы.

Компания STMicroelectronics имеет богатый опыт использования микросхем последовательной памяти в бытовой технике. Она занимает лидирующие позиции по производству микросхем памяти для автоэлектроники, а также для рынка компонентов компьютеров и периферии. Эти направления - основные потребители микросхем долговременной памяти.

В этом году для EEPROM компанией используется 0.35 µ технология производства, что позволило довести емкость памяти до 1 Мбит в соответствие с потребностями рынка. В тоже время технология изготовления последовательной Flash-памяти достигла уровня 0.18 µ и появилась возможность производства и этого вида памяти полностью в соответствие с рыночными запросами.

Ассортимент микросхем последовательной энергонезависимой памяти ST включает набор схем емкостью от 256 бит до 16 Мбит. Все микросхемы памяти ST обеспечены описаниями, указаниями и примерами по применению и модельными файлами, что делает их удобными в использовании.

Рис. 1. Виды корпусов EEPROM ST

По напряжению питания микросхемы последовательной энергонезависимой памяти ST доступны в пяти диапазонах: 4,5 В…5,5 В, 2,5 В…5,5 В, 2,7 В…3,6 В, 1,8 В…5,5 В и 1,8 В…3,6 В.

Проектная износостойкость EEPROM - более миллиона циклов перезаписи с сохранностью данных в течение более чем 40 лет. Микросхемы производятся в различных корпусах, включая традиционные PSDIP, TSSOP, SO, а также современного типа LGA и SBGA (тонкопленочные) (Рис. 1). Кроме того, имеется возможность поставки микросхем в упаковках на барабане и в не распиленном виде (Рис.2).

Рис. 2. Не распиленные пластины EEPROM

ST производит широкий диапазон высококачественной последовательной памяти EEPROM, с плотностью от 1 кб до 1 Мб, с тремя промышленными стандартами последовательных шин (400кГц, I2C, 2-проводная шина с плотностью до 1 Mбит, быстрая 1 MГц шина типа MICROWIRE(r) с плотностью от 1 кбит до 16 кбит и сверхбыстрая 10 MГц шина типа SPI с плотностью до 256 кбит), с питанием 5 В; 2,5 В и 1,8 В. Система обозначений последовательной EEPROM для типовых корпусов показана на рисунке 3. Для не распиленных пластин и микросхем в барабанах обозначения могут несколько отличаться.

Рис. 3. Система обозначений EEPROM ST

Таблица 1. Возможности последовательной долговременной памяти ST

Таблица 2. Имеющиеся возможности по емкости стандартной долговременной памяти ST

* планируется

Имеется два типа микросхем последовательной Flash-памяти ST: семейство M25Pxx с секторным стиранием и страничным программированием и семейство M45PExx с страничным стиранием и программированием. Для частот 25 MГц и выше используется шина SPI. Микросхемы характеризуются небольшим потреблением мощности при питании от одного источника напряжением от 2,7 В до 3,6 В и имеют режим глубокого понижения мощности, потребление в котором обычно составляет менее 1 мкА. Обобщенные данные по возможностям последовательной долговременной памяти ST представлены в таблицах 1 и 2.

Специализированные микросхемы памяти (ASM) поддерживают оптимизированные решения, включая адаптированные дополнительные характеристики для специальной системы, что улучшает соотношение затраты/эффект комплексной системы и обеспечивает защиту интеллектуальной собственности за счет встроенных заказных и защитных возможностей.

Компания ST предлагает широкий выбор бесконтактных микросхем памяти с радиочастотным интерфейсом. Они удобны для считывания меток, беспроводной идентификации и систем бесконтактного доступа и могут быть использованы во многих разновидности приложений большой дальности и краткости

В настоящее время в большинстве высокотехнологичных устройств используется последовательная энергонезависимая память. Множество новых разработок нуждается в последовательной EEPROM и последовательной Flash-памяти, особенно автоэлектроника (двигатели, приборные панели, автомагнитолы, подушки безопасности и антиблокировочные системы), телекоммуникации (проводные и беспроводные телефоны, автоответчики, факсы, модемы, сетевое оборудование), изделия широкого потребления (телевизоры, приставки, мониторы, видекамеры, аудиопроигрыватели MP3), промэлектроника (управление моторами, осциллографы, счетчики-расходомеры, измерительные приборы, бытовые приборы) и компьютеры (принтер, привод жесткого диска, материнская плата, CD-ROM, модем, клавиатура).

Последовательная EEPROM

Последовательная EEPROM с шиной I2C: данные микросхемы можно использовать в тех приложениях, где не требуется высокая шинная скорость для накопления и хранения данных, но желательно иметь возможность побайтового и страничного чтения/записи. Шина работает с тактовой частотой 400 кГц при напряжении питания до 1,8 В. Последовательная EEPROM выпускается в различных корпусах: пластиковых DIP с двухрядным расположением выводов, SO, MSOP, TSSOP для поверхностного монтажа и SBGA с матрицей шарообразных выводов. Обобщенные данные для микросхем данного типа представлены в таблице 3.

Таблица 3. Последовательная EEPROM, шина I2C, питание 4,5…5,5 В, 2,5…5,5 В (-W), 1,8…5,5 В (-R) и 1,8…3,6 В (-S)

Память EEPROM с шиной SPI: предпочтительна для приложений с высокоскоростной передачей информации по шине. С появлением микросхем со скоростью от 5 МГЦ до 10 МГц и емкостью от 512 кбит до 1 Мбит, эта шина быстро завоевывает популярность на рынке микросхем памяти. EEPROM с шиной SPI имеют вход HOLD ("Захват"), который позволяет сохранять синхронизацию при паузах в процессе передачи последовательностей данных по шине. Кроме того (Рис. 4), имеется специальный управляющий вход W для защиты матрицы памяти от записи.

Рис. 4. Блок-схема стандартной EEPROM

Обобщенные данные об основных параметрах серий данных микросхем приводятся в таблице 4.

Таблица 4. Последовательная EEPROM, шина SPI, Высокоскоростная, 4,5…5,5 В, 2,7…5,5 В (-V) и 2,5…5,5 В (-W - 2 МГц)

Примечание: скоро будут доступны микросхемы с частотой 10 МГц и временем записи 5 мс

Память EEPROM с шиной MICROWIRE®: EEPROM для шины MICROWIRE доступны с емкостью от 256 бит до 16 кбит. В настоящее время шина MICROWIRE широко применяется во многих современных устройствах, для которых требуется достаточно высокая скорость передачи данных без использования внешних шин адреса/данных. Обобщенные данные для микросхем данного типа приведены в таблице 5.

Таблица 5. Последовательная EEPROM, шина MICROWIRE® , 4,5…5,5 В, 2,5…5,5 В (-W)

Последовательная FLASH-память

Семейство высокоскоростной низковольтной последовательной Flash-памяти ST обладает четырехпроводным SPI-совместимым интерфейсом, что позволяет использовать Flash вместо последовательной EEPROM. Изготавливаемые по высоко износостойкой КМОП Flash-технологии, данные микросхемы обеспечивают, по крайней мере, 10000 циклов перепрограммирования на сектор с сохранностью данных свыше 20 лет.

В настоящее время доступны два дополняющих друг друга подсемейств последовательной Flash-памяти с возможностью стирания сектора или страницы:

• Последовательная Flash-память с секторным стиранием и страничным программированием: серия M25Pxx (полностью в производстве)
• Последовательная Flash-память с страничным стиранием и программированием: серия M45PExx (это новая серия, доступны образцы, развертывается полное производство).

Серия M25Pxx последовательной Flash-памяти с секторным стиранием

Если рассмотреть различные виды микросхем последовательной долговременной памяти с высокой плотностью, то M25Pxx с тактовой частотой 25 MГц оказываются существенно быстрее, чем многие другие типы схем Flash-памяти с последовательной выборкой. Благодаря их высокой скорости, возможности последовательного считывания, экономичности, малого размера корпусов и небольшой стоимости, семейство последовательной Flash-памяти ST находит широкое применение в различного рода приложениях.

Высокоскоростное низковольтное семейство M25Pxx последовательно считывает и записывает данные по четырехпроводной SPI-совместимой шине с тактовой частотой до 25 MГц. Использование M25Pxx придает дополнительные возможности всем приложениям, требующих быстрой загрузки кода, типа дополнительных плат персонального компьютера, включая графические карты, SCSI и сетевые карты, привод жесткого диска и автомобильные радиоприемники.

Семейство последовательной Flash-памяти ST позволяет загружать в оперативную память 1 Мб за 43 мс при минимальном числе команд, что делает их удобными при использовании. Технические и программные средства защиты предохраняют хранимую информацию от перезаписи.

Для снижения потребляемой мощности эти микросхемы работают от одного источника питания от 2,7 В до 3,6 В и имеют режим пониженного энергопотребления с потребляемым током менее 1 мкА. Кроме того, четырехпроводной интерфейс значительно уменьшает число выводов устройства используемых для управления передачей данных по шине, что обеспечивает высокую интеграцию и меньшую стоимость по сравнению с другими подобными схемами. Микросхемы памяти серии M25Pxx выпускаются в широком и узком S08, LGA и MLP корпусах. Обобщенные данные о параметрах микросхем данной серии представлены в таблице 6.

Таблица 6. Последовательная Flash, шина SPI, высокоскоростная, секторное или полное стирание, 2,7…3,6 В (-V)

* в разработке

Для оценки и программирования M25PXX имеется удобный программатор/считыватель (Рис. 5). Этот программатор подключается непосредственно к компьютеру и обеспечивает пользователю прямой доступ и управление последовательной Flash-памятью M25xxx в любой конфигурации.

Рис. 5. Программатор для М25Рхх

M45PExx - Последовательная FLASH для хранения данных и параметров

Если требуется быстрое перемещение данных и параметров, то для накопления и хранения данных следует подумать о последовательной Flash-памяти.

Новая серия M45PExx предназначена для усовершенствования и придания новых качеств таким устройствам, как цифровые автоответчики (DECT и проводные телефоны), пейджеры, цифровые камеры, видеоигровые ТВ приставки, сканеры, сотовые телефоны, принтеры, диктофоны, плейеры MP3 и системы GPS.

M45PExx - серия микросхем энергонезависимой памяти высокой производительности обладающая более высокой зернистостью, чем ранее. Любая страница в 256 Байт может быть отдельно стерта и запрограммирована, а команда Write предусматривает возможность модифицирования данных на байтовом уровне. Кроме того, архитектура M45PExx оптимизирована по минимуму необходимого прикладного программного обеспечения. Для модифицирования одной страницы в 256 байт требуется время 12 мс для записи, 2 мс для программирования или 10 мс для стирания. Это делает высокопроизводительные микросхемы последовательной энергонезависимой памяти M45PExx очень удобными для использования в приложениях требующих хранения большого количества часто изменяющихся данных.

Возможности и достоинства последовательной Flash-памяти M45PExx серии

Возможности серии M45PExx Достоинства при применении От 1 Mб до 16 Mб последовательной Flash-памяти: последовательное считывание Применение для хранения кодов и/или загрузочных параметров: быстрый доступ к каждому байту данных 1 Mб: полное считывание памяти за 42 мс при питании 2,7 В короткое время перемещения данных Программирование от 1 до 256 байт за один шаг (1мс) быстрое обновление любого потока данных Страничное (256 байт) или секторное стирание памяти   Возможность детализации записи вплоть до байта Оптимизация глубины детализации записи Оптимизация объема памяти требуемого для обновления данных Упрощенное программное обеспечение Тактовая частота 25 MГц и выше   Одиночное питание от 2,7 до 3,6 В или от 1,8 до 3,6 В   Режим глубокого понижения потребления Экономичность Последовательный интерфейс совместимой шины SPI Уменьшение числа выводов MLP8 и LGA корпуса Экономия места на плате - уменьшение затрат

Специализированные микросхемы памяти

Специализированные микросхемы памяти имеют индивидуальные характеристики для конкретных приложений или разрабатываются в соответствии с предъявляемыми требованиями. Они основаны на стандартных матрицах памяти со специфичной электрической схемой ввода-вывода и специализированной внутренней логикой. Рассматриваемые в данной статье изделия основаны на последовательной EEPROM и включают логику для приложений компьютерного монитора типа "Plug and Play" со стандартом VESA, компьютерные модули DRAM или, например, автомобильного спидометра на приборной панели с однонаправленным счетчиком и записью пройденного расстояния. Обобщенные характеристики EEPROM специального назначения приведены в таблице 7.

Таблица 7. Микросхемы EEPROM специального назначения, 4,5 В…5,5 В, 2,5 В…5,5 В (-W), 2,2…5,5 В (-L)

* Два адресуемых байта

• M24164 - 16Kб каскадируемая EEPROM

Назначение: каскадирование последовательной памяти на одной шине

Характеристики: 16 кб EEPROM со специальной адресацией, возможностью использования 8 устройств каскадом на одной шине, специальная адресация, используемая при конфликтах на шине I2C

Основной рыночный сектор: телекоммуникации и промышленная электроника.

• ST24xy21 - 1Kб "Plug and Play" EEPROM

Назначение: функция "Plug&Play" для хранения параметров монитора

Характеристики: 1 кб EEPROM по стандарту VESA1 (24LC21), 1 кб EEPROM по стандарту VESA2 (24FC21), функция контроля записи по Pin3 (24xW21)

Основной рыночный сектор: производство мониторов (на ЭЛТ и ЖКИ)

• M34C02 2Kb "Plug&Play" для модуля DIMM (модуль памяти с двухрядным расположением выводов)

Назначение: функция Plug&Play для сохранения параметров модуля DRAM (обнаружение наличия последовательности)

Характеристики: 2 кб последовательной I2C EEPROM с 1 кб доступными для блокировки (только чтение) по шине RAM (2.2В)

Основной рыночный сектор: производство модулей DRAM.

• M34C00 - электронный дескриптор платы

Назначение: специализированная EEPROM для хранения небольших электронных заметок о плате.

В M34C00 можно сохранять:

регистрационный номер

заводские установки (по умолчанию)

пользовательские установки

данные о событиях в течение срока службы платы

сведения об отказах и сервисном обслуживании любой платы

Характеристики: 3 банка по 128 бит, один из них не стираемый (OTP-типа), один стандартный банк EEPROM, один стандартный банк EEPROM с возможностью постоянной защиты от записи, двухпроводный I?C шинный последовательный интерфейс, питание от 2,5 В до 5,5 В, корпуса SO8 и TSSOP8, рабочий диапазон температур - 40 … +85°C.

Основной рыночный сектор: все сектора рынка

• M34A02 - для современного компьютерного стыка связи (ACR)

Назначение: обеспечение хост-контроллера на системной плате считыванием конфигурационных данных карты стыка связи, находящихся в памяти последовательной EEPROM - M34A02.

На карте с последовательной EEPROM M34A02 сохраняются данные, которые программируются производителем. Данные могут быть использованы приложением в режиме чтения по протоколу системной управляющей шины. Двухпроводная шина ACR основана на использовании последовательного шинного протокола, разработанного для связи с материнской платой компьютера с системной управляющей шиной.

Характеристики: двухпроводный последовательный интерфейс системной управляющей шины, аппаратное управление записью, поддержка стандартного протокола последовательной шины 100 кГц, одиночное питание от 2,7 В до 3,6 В, корпуса S08 и TSSOP8.

Основной рыночный сектор: карты стыка связи (модем, Ethernet, телефония, беспроводные сети, xDSL и др.)

• M34D64 - для аппаратного управления записью верхней четверти памяти

Назначение: аппаратная защита записи для верхней четверти памяти

Характеристики: возможность аппаратного управления записью верхней части памяти

Основной рыночный сектор: компьютер

Бесконтактные микросхемы памяти

Компания STMicroelectronics является одним из лидеров по производству микросхем памяти типа EEPROM, включая стандартные блоки памяти с плотностью до 1 Мбит и специализированных микросхем памяти. Бесконтактные микросхемы памяти являются специфическим продуктом. По классификации их с одной стороны можно отнести к специализированным EEPROM, а с другой стороны они все более и более выступают как самостоятельный вид памяти, получающий в последнее время очень широкое применение в разных сферах. Компания ST участвовала в разработке нового стандарта ISO для бесконтактной коммуникационной памяти - ISO 14443 тип В (реализован в микроконтроллерных устройствах на Смарт-картах на транспорте и во многих других приложениях), а также ISO 15693 и ISO 18000.

В настоящее время ST предлагает новую серию микросхем бесконтактной памяти и бесконтактных микросхем связи с радиочастотным интерфейсом для приложений типа меток, радиочастотной идентификации (RFID) и бесконтактных систем доступа с использованием специализированных микросхем памяти (Таблица 8).

Таблица 8. Бесконтактные микросхемы памяти

* Специальные корпуса, соединенные с антенной в виде полосковой линии, поставляемые партнерами ST.

Возможности SRIX4K:

• 4096 пользовательских битов E²PROM с OTP, двоичный счетчик и защита записи
• Стандарт ISO 14443 - 2 и 3 типа B
• Патентованная компанией France Telecom функция антиклонирования
• 13,56 MГц несущая частота, 847 кГц поднесущая частота и 106 кбит/с передача данных
• Внутренняя подстроечная емкость
• Модуляция данных с использованием амплитудной модуляции (ASK) при передачи с считывателя на карту и двоичная фазовая модуляция (BPSK) для передачи с карты на считыватель.

Возможности LRI512:

• 512 бит с блокировкой на уровне блока данных
• Полное соответствие стандарту ISO 15693
• E.A.S. (Электронный надзор за продуктом)
• 13,56 MГц несущая частота, 1/4 и 1/256 импульсное кодирование использующее высокую и низкую скорость передачи данных на одной или двух поднесущих частотах.
• Модуляция данных с использованием амплитудной модуляции при передаче со считывателя на карту и манчестерского кодирования при передаче с карты на считыватель
• Внутренняя подстроечная емкость

Возможности CRX14:

• Встроенный в чип механизм радиосвязи
• Протокол и модуляция согласно стандарта ISO 14443 типа B (радиоинтерфейс)
• Патентованная France Telecom функция антиклонирования
• Последовательный доступ к базе на частоте 400 кГц по двухпроводной последовательной шине I2C
• По одной последовательной шине I2C можно соединяться с восемью CRX14
• Буфер 32 байта для входного и выходного пакета
• Встроенный вычислитель циклического избыточного кода (CRC calculator)
• Корпус S016 Narrow (сжатый)

Возможности SR176:

• 176 пользовательских битов E²PROM с программируемой защитой записи
• Стандарт ISO 14443 - 2 и 3 типа B
• 13,56 MГц несущая частота, 847 кГц поднесущая частота и 106 кбит/с скорость передачи данных
• Внутренняя подстроечная емкость
• Модуляция данных с использованием амплитудной модуляции при передаче с считывателя на карту и двоичная фазовая модуляция при передаче с карты на считыватель

Возможности с M35101/102:

• 2 кбит EEPROM с защитой записи
• Соответствие стандарту ISO 14443-2 типа B
• 13,56 MГц несущая частота, 847 кГц поднесущая частота и скорость передачи данных 106 кбит/с
• Модуляция данных с использованием амплитудной модуляции при передаче с считывателя на карту и двоичной фазовой модуляции при передаче с карты на считыватель
• Внутренняя подстроечная емкость.

В последующих статьях мы планируем осветить и другие виды микросхем памяти производимых компанией STMicroelectronics.

Литература:

1. M95128, Data sheet, STMicroelectronics, August 2002
2. M25P80, PRELIMINARY DATA, STMicroelectronics, December 2002
3. M45PE80, PRELIMINARY DATA, STMicroelectronics, May 2003

Анатолий Юдин, к.т.н.,
Технический директор Технико-консультационного центра STMicroelectronics

Статьи по: ARM PIC AVR MSP430, DSP, RF компоненты, Преобразование и коммутация речевых сигналов, Аналоговая техника, ADC, DAC, PLD, FPGA, MOSFET, IGBT, Дискретные полупрoводниковые приборы. Sensor, Проектирование и технология, LCD, LCM, LED. Оптоэлектроника и ВОЛС, Дистрибуция электронных компонентов, Оборудование и измерительная техника, Пассивные элементы и коммутационные устройства, Системы идентификации и защиты информации, Корпуса, Печатные платы