Мікросхеми пам'яті та їх застосування
Мікросхеми пам'яті та їх застосування Анатолій Шитіков
Електронна промисловість усього світу вже випустила і продовжує розробки все нових і нових типів мікросхем пам'яті. Певні вимоги, що виникають при виготовленні виробів електронної техніки, викликають потребу в приладах пам'яті, характеристики яких повинні перевершувати попередні розробки. На сьогодні вже є широкий вибір мікросхем пам'яті, але жоден тип не може вважатися ідеальним. Кожен тип пам'яті має не тільки щось краще в порівнянні зі своїми конкурентами, а й якісь свої недоліки.
Таблиця 1 показує ступінь досконалості зазначених типів пам'яті за деякими показниками. Таблиця 1 Тип пам'яті: Вартість Простота інтерфейсу Енергонез-ть щільно-ть Експл.
дані Читання /
/ Запис Зберегти.
даних Динамічне
ОЗУ +++ +++ ++ +++ Статична
ОЗУ +++ + +++ +++ енергонезавісім.
СОЗУ +++ ++ + +++ +++ ++ Здатні
секціонуючою-ся
енергонезав-е +++ ++ + +++ +++ ++ Псевдостатіч.
ОЗУ + + ++ + +++ Флеш ++ ++ ++ ++ ++ + ++ Електрично
програм-ая постійна пам'ять ЕППЗУ (EEPROM) + ++ + + + + прати программи-ая постійна пам'ять СППЗУ (EPROM) ++ ++ ++ ++ + ++ Лише один раз програмовані PROM +++ +++ +++ + ++ + +++ ПЗУ +++ +++ +++ +++ + +++
Динамічне ОЗУ. Динамічна оперативна пам'ять зберігає інформацію (лог. 1 або 0) на конденсаторі малої місткості, який входить до складу транзисторної осередки. Розмір осередку ДОЗУ менше, ніж у СОЗУ, так що загальна вартість одиниці пам'яті менше. Але конденсатори динамічної оперативної пам'яті повинні постійно підзаряджатися, щоб зберігати інформацію. Це вимагає більш складної схеми інтерфейсу.
Псевдостатіческое ОЗУ - комбінація динамічного і статичного ОЗУ. За своєю природою пристрій є «статичним», не вимагаючи регенерації для збереження даних. Але для цього в комірку пам'яті поміщається вся необхідна логіка регенерації. Як наслідок, псевдостатіческое ОЗУ має низьку щільність і більш високу вартість, ніж ДОЗУ.
Флеш-пам'ять об'єднує можливість електричного стирання ЕСППЗУ з осередком, подібної програмованого СППЗУ. В результаті модифікована осередок може бути стерта електрично в блоці з іншими осередками. Ця характеристика дозволяє флеш-пам'яті приймати новий код або інформацію в системі.
Електрично перепрограмувальна постійна пам'ять (EEPROM). Недолік електрично стирається пам'яті в тому, що неможлива перезапис в системі. Для цього потрібно програматор з підвищеною напругою від 12,5 В і вище. Якщо ж необхідно використовувати джерело живлення напругою 5 В, то для цього слід застосовувати більш дорогі схеми EEPROM, які в своєму складі мають перетворювач, що дозволяє при 5 В виробляти стирання старої інформації і запис нової. Такі прилади мають відносно високий час доступу для читання / запису. Осередки EEPROM рідко можуть мати число операцій стирання / запис більше 10 000. Пам'ять EEPROM може встановлюватися в системі і доступна як стандартна СОЗУ.
Стирається програмована постійна пам'ять СППЗУ може стиратися підвищеною напругою 12,5 В або ультрафіолетовим світлом через віконце у верхній частині корпусу мікросхеми. Зазвичай ці мікросхеми використовувалися в розробках і потім відбувалася їх заміна на більш дешеві.
ПЗУ з одноразовим програмуванням. Зазвичай запис даних в ОТР PROM роблять один раз. Ці мікросхеми пам'яті одні з найдешевших.
ПЗУ. Масочное постійний запам'ятовуючий пристрій. Є найнадійнішим хранителем інформації. При цьому мікросхеми пам'яті не відрізняються високою швидкодією. Якщо є виріб, відомі код / дані, то розробляється маска і випускається найдешевша і надійна пам'ять для читання. Якщо ж вкралася помилка в інформацію, то всі запрограмовані мікросхеми масочного ПЗУ - шлюб!
Оцінюючи зазначені в табл. 1 типи пам'яті, можна відзначити наступне. Висока щільність і низька вартість розряду пам'яті відносяться до динамічних ОЗУ. Масочний ПЗУ - найдешевша пам'ять тільки для читання і не потребує підживлення при зберіганні. Найкращі показники у тих типів пам'яті, які розташувалися в середині таблиці. EEPROM володіє багатьма позитивними якостями, але має обмежене число циклів стирання / запис (10 000), тривалий час запису і низька щільність не зовсім відповідають сьогоднішньому промисловому попиту.
Для систем, що вимагають зберігання і захисту даних в разі зникнення живлення, швидкого доступу читання / запис, простої схеми управління - найкращим чином підходять модулі незалежної пам'яті (NV SRAM), що випускаються корпорацією Dallas Semiconductor (DSC). Погляньмо на цей тип пам'яті більш детально, оскільки поки за багатьма показниками (низько споживаний кристал СОЗУ, керуючий контролер харчування, літієва батарейка) він емулює майже ідеальну пам'ять. Енергонезалежні СОЗУ виробництва Dallas Semiconductor
Корпорація Dallas Semiconductor є провідною в світі за технологією виробництва енергонезалежних статичних ОЗУ (NV SRAM). Кожен модуль цих виробів складається з СОЗУ з низьким енергоспоживанням, маленької літієвої батареї і фірмового енергонезалежного чіпа управління. Всі перераховані компоненти разом формують незалежну пам'ять, яка без зовнішнього живлення може зберігати записану інформацію з обмеженим доступом 10 років. Час доступу для читання і запису становить близько 70 нс. Всі ці особливості мають на увазі, що випускаються DSC енергонезалежні CОЗУ можуть зчитуватися і записуватися швидше необмежену кількість разів і більш безпечно, ніж будь-який інший тип енергонезалежної пам'яті.
Якщо у споживача є мікросхеми СОЗУ і він хоче отримати незалежну пам'ять, DSC пропонує «розумні» панельки (smart Socket) з вбудованими літієвими батареями і незалежними чіпами управління. Гнізда в панелі дворядні під корпусу DIP мікросхем СОЗУ.
Коли на ринку стали зникати мікросхеми з малим об'ємом пам'яті - 2Кх8 і 8Кх8, DSC розробила свої вироби ОЗУ на основі осередку 6-Т. Типове значення струму утримання становить 50 нА! Для допоміжного харчування можна використовувати літієві батарейки, мають мінімальні розміри, а термін зберігання даних - більше 10 років при кімнатній температурі.
Пам'ять повинна автоматично захистити запис при виявленні зміни напруги живлення - зазвичай у допуску 10% від Uпит. Дані повинні зберігатися в пам'яті протягом всього часу збою живлення. Виникає питання: що буде з даними в той час, коли відбувається збій харчування? При падінні напруги живлення нижче 10% рівня Uпит часу для системних допоміжних функцій вже немає. Що ж необхідно зробити для збереження даних, щоб зниження харчування виявлялося істотно раніше і мікропроцесор міг виконати допоміжні функції щодо захисту записи? Один із способів - використання другого напруги, контролюючого пристрій. DSC виробляє мікросхему DS1233B - монітор напруги на 5 В ± 5% в 3-вивідному корпусі ТО-92. Цей монітор видає активний низький сигнал скидання (RST) як тільки виявить вихід основного харчування з п'ятивідсоткового допуску. Активний низький сигнал може використовуватися як запит на переривання мікропроцесора. Таким чином, мікропроцесор отримує необхідний час для обслуговування переривання, і незалежна пам'ять захищається від запису. Малюнок 1 ілюструє цю ситуацію.
Мал. 1. Формування сигналу IRQ
Мікропроцесори можуть обслуговувати переривання і обробляти інформацію швидше, ніж спад напруги на 5% від свого номіналу. Звичайно, необхідно, щоб програмне забезпечення, яке обслуговує переривання системи, було налаштоване для максимально швидкої ідентифікації зовнішнього переривання.
Припустимо деякі умови, які можуть бути всередині даної системи. Приймаємо час зниження напруги від 4,75 (0,0 5 Uпит) до 4 В (процесор працює ще нормально) за 300 мкс.
Мікропроцесор працює на помірній тактовій частоті 25 МГц. Мікропроцесор являє собою звичайний 8-розрядний, якому на одну команду необхідно затратити 6 тактів. Виходячи з цих даних, період тактової частоти становить 1/25 мГц = 40 нс.
Одна команда виконується за 40ґ6 = 240 нс.
Швидкість падіння напруги
Між початком видачі команди з монітора (5%) до 10% від Uпит напруга знижується на 0,25 В. Це відбувається за час
Отже, за цей час мікропроцесор виконає
Звичайно, мати в резерві 416 команд за час, коли мікропроцесор може виконати будь-які функції по завершенню запису і збереження даних в ОЗУ - це надійний показник виконання поставленого завдання. Якщо кількість циклів на інструкцію менше вищевказаного або робоча частота вище 25 МГц, ви маєте додатковий резерв часу. Використовуючи монітор DS1233B разом з енергонезалежною СОЗУ, завжди можна отримати додатковий час для організованого системного завершення роботи без руйнування пам'яті. В іншому випадку резервів вашого мікропроцесора може не вистачити для успішного завершення роботи з СОЗУ. На рис. 2 представлені корпусу, в яких можуть розміщуватися монітори напруги DS1233B.
Мал. 2. Корпуси моніторів напруги DS1233B Стандартна незалежна пам'ять СОЗУ
Продукція, що випускається DSC незалежна СОЗУ (табл. 2) має окремий літієвий джерело енергії і схему управління, яка постійно контролює основне джерело харчування Uпит за умовою виходу напруги з допуску. Коли напруга Uпит знижується, виходячи за межі допуску, автоматично включається літієва батарейка, і захист записи запобігає порушення цілісності даних. Дані зберігаються, захист від запису залишається до тих пір, поки Uпит повернеться до номіналу, що визначається допуском. Після цього літієвий джерело вимикається і пам'ять знову доступна. Оскільки ці блоки пам'яті засновані на СОЗУ технології, час доступу для запису і читання однаково, а число цих операцій не обмежена. Випускаються прилади в корпусах DIP (600-mil) або Power Cap. Таблиця 2 Memory Size 5-Volt 3.3-Volt 2k x 8 DS1220AB / AD 8k x 8 DS1225AB / AD 32k x 8 DS1230Y / AB DS1230W 128k x 8 DS1245Y / AB DS1245W 256k x 8 DS1249Y / AB 512k x 8 DS1250Y / AB DS1250W 1024k x 8 DS1265Y / AB 2048k x 8 DS1270Y / AB Розширена незалежна пам'ять СОЗУ з монітором батареї
Всі функціональні можливості DS12XX виконуються приладами, перелік яких наведено в табл. 3. Але у цієї групи СОЗУ є досить складний монітор батареї. Раз в 24 години монітор застосовує випробувальну завантаження літієвої батареї і робить завмер напруги. Якщо напруга батареї просаживается занадто низько, то висновок Battery Warning (BW) активізується, щоб вказати потребу в заміні батареї. Ці модулі мають вбудований елемент для обнулення центрального процесора. Мікросхеми серії DS13XX випускаються тільки в корпусі Power Cap. Таблиця 3 Memory Size 5-Volt 3.3-Volt 32k x 8 DS1330Y / AB DS1330W 128k x 8 DS1345Y / AB DS1345W 512k x 8 DS1350Y / AB DS1350W Нові модулі Power Cap
Пакетний модуль Power Cap (рис. 3) дає можливість поверхневого кріплення корпусу і його вмісту - енергонезалежного ОЗУ. Power Cap модулі представляють унікальну конструкцію, що складається з двох частин - монтируемой майданчики ядра модуля, в якій розміщені інтегральні схеми і, власне Power Cap з іонним. Power Cap - це верхня половина блоку, яка містить контактні пружини, що з'єднують літієвої батареї з ядром модуля. Якщо необхідна зміна батарейки, то конструкція модуля дозволяє легко і швидко виконати цю операцію.
Мал. 3. Пакетний модуль Power Cap
Протягом системної збірки, поки йде пайка поверхні модуля, висока температура не зачіпає температурно чутливі літієві батареї. Коли підстава закріплено, користувач просто зафіксує Power Cap на базі модуля, щоб сформувати закінчений енергонезалежний СОЗУ-модуль. Пакетний модуль Power Cap має висоту 0,25 дюйма, площа плати ядра складає 0,96 кв. дюйма. Всі прилади в цій упаковці мають стандартну цоколевку і можуть замінювати незалежну пам'ять інших видів в корпусі з відповідними висновками. Постачання виробів здійснюються в трьох видах: модульне ядро, Power Cap, а також весь модуль Power Cap. Торгова марка Power Cap - DS9034PC (тільки літієва батарейка)
Мал. 4. Установлення та зняття PowerCap
Вибір модуля незалежній СОЗУ стандартного або розширеного варіанту можна зробити, використовуючи табл. 4.
Якщо ви зупинили свій вибір на годиннику реального часу з енергонезалежним СОЗУ, то у виборі допоможе табл. 5.
Хронометри сторожовий схеми з енергонезалежною СОЗУ представлені в табл. 6. Базова схема DS1386 випускається в 32-вивідному DIP-корпусі і містить контролер годинника реального часу з повним набором функціональних можливостей: тривога, таймер сторожовий схеми, таймер інтервалу. Все це доступно в байтовому форматі. В DS1386 міститься також кварцовий резонатор, літієва батарейка і кристал СОЗУ. Таблиця 4 Memory Size Nonvolatile SRAMs Standard Enhanced 5-Volt 3.3-Volt 5-Volt 3.3-Volt 8k x 8 32k x 8 DS1230YP / ABP DS1230WP DS1330YP / ABP DS1330WP