Микросхемы памяти стандарта DataFlash® фирмы Atmel® идеально подходят для применения в различных технических приложениях независимо от того, данные какого типа необходимо хранить. Так как DataFlash функционирует подобно последовательной EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory - электрически стираемое программируемое ПЗУ) большой емкости, то она может использоваться во многих технических приложениях вместо нее, что позволяет существенно снизить цену готового изделия. В настоящей статье будут рассмотрены микросхемы серии AT45DBxx1D.
Общее описание
Микросхемы серии AT45DBxx1D идеально подходят для использования в разнообразных технических приложениях, где необходимо хранить оцифрованные данные, речь, изображение или непосредственно код программы. Все микросхемы памяти серии AT45DBxx1D поддерживают последовательный интерфейс RapidS™, необходимый для приложений, требующих работы устройства на высоких скоростях обмена данными. Интерфейс RapidS™ совместим с интерфейсом SPI (Serial Peripheral Interface - последовательный интерфейс для периферийных устройств) для тактовых частот до 66 МГц. Вся память каждого из представителей этой серии организованна в виде набора страниц определенного объема. Количество страниц и их размер определяются в зависимости от конкретной модели микросхемы. В дополнение к основной памяти у микросхем этой серии имеются один или два добавочных буфера статического ОЗУ (см. табл. 1), которые позволяют получить данные при перепрограммировании ("перепрошивке") основной памяти, а также запись непрерывного потока данных. При этом все операции перепрограммирования/стирания являются самосинхронизирован-ными. Эмуляция работы EEPROM может быть легко произведена с помощью автономной трехэтапной процедуры чтения/изменения/записи. В отличие от обычной Flash-памяти, в который организован случайный доступ с общими шинами адресов и параллельным интерфейсом, микросхемы стандарта DataFlash® используют интефейс RapidS™ для последовательного доступа к данным. Такая простая схема доступа к данным в значительной степени уменьшает количество активных выводов микросхемы, что позволяет уменьшить массо-габаритные показатели устройства, в которой она используется, а также увеличить его надежность и минимизировать коммутационные помехи. Таким образом, микросхемы серии AT45DBxx1D оптимизированы для использования в различных коммерческих и промышленных приложениях, где требуется компактность, малое напряжение питания и низкое энергопотребление. Для упрощения процедуры "перепрошивки" микросхемы серии AT45DBxx1D необходим, в зависимости от типа, однополярный источник питания напряжением 2,5...3,6 В (либо 2,7...3,6 В). Каждая микросхема из рассматриваемой серии управляется через вывод выбора кристалла CS (Chip Select), а доступ к данным осуществляется через 3-проводный интерфейс, включающий в себя последовательный вход SI (Serial Input), последовательный выход (Serial Output) и тактовую синхронизацию (Serial Clock). Основные отличительные особенности и характеристики микросхем серии AT45DBxx1D представлены в табл. 1. Цоколевка выводов и внешний вид микросхем серии AT45DBxx1D в различных корпусах показан на рис. 1.
Рис. 1. Цоколевка выводов и внешний вид микросхем серии AT45DBxx1D в различных корпусах: а - MLF8, б - SOIC8, в - TSOP28
Таблица 1. Основные отличительные особенности и характеристики микросхем серии AT45DBxx1D
Наименование | Емкость, бит | Uпит, B | Интерфейс | Буфер ОЗУ, байт | Число выводов | Тип корпуса | Размер страницы, байт | Число страниц | Размер блока, кбайт | Размер сектора, кбайт |
AT45DB011D | 1M | 2,7 | SPI, RapidS™ | 1x256/264 | 8 | MLF8, SOIC8 | 256/264 | 512 | 2 | 32 |
AT45DB021D | 2M | 2,7 | SPI, RapidS™ | 1x256/264 | 8 | MLF8, SOIC8 | 256/264 | 1024 | 2 | 32 |
AT45DB041D | 4M | 2,5; 2,7 | SPI, RapidS™ | 2x256/264 | 8 | MLF8, SOIC8 | 256/264 | 2048 | 2 | 64 |
AT45DB081D | 8M | 2,5; 2,7 | SPI, RapidS™ | 2x256/264 | 8 | MLF8, SOIC8 | 256/264 | 4096 | 2 | 64 |
AT45DB161D | 16M | 2,5; 2,7 | SPI, RapidS™ | 2x512/528 | 8/28 | MLF8, TSOP28, SOIC8 | 512/528 | 4096 | 4 | 128 |
AT45DB321D | 32M | 2,7 | SPI, RapidS™ | 2x1024/1056 | 8/28 | MLF8, TSOP28 | 512/528 | 8192 | 4 | 256 |
Основные особенности микросхем серии AT45DBxx1D
Перечислим основные особенности микросхем Flash-памяти серии AT45DBxx1D:
- питание от однополярного источника напряжением 2,5...3,6 В либо 2,7...3,6 В;
- интерфейс RapidS™ (тактовая частота до 66 МГц), совместимый с SPI;
- конфигурируемый пользователем размер страницы памяти (см. табл. 1);
- функция интеллектуального программирования;
- гибкие возможности стирания данных:
- возможность постраничного/по-блочного/посекторного стирания (см. табл. 1);
- полное стирание;
- дополнительные буферы статического ОЗУ;
- возможность чтения непрерывного потока данных (идеально для приложений, использующих теневое ОЗУ);
- малое энергопотребление:
- 7 мА - в активном режиме;
- 25 мкА - в ждущем режиме;
- 5 мкА (9 мкА для микросхемы типа AT45DB161D) - в автономном режиме;
- функции аппаратной и программной защиты;
- блокировка секторов для защиты кода программы или хранимых данных;
- закрытый доступ к данным с помощь секретного 128-байтно-го регистра:
- 64-байтное пространство, программируемое пользователем;
- 64-байтный уникальный идентификатор устройства;
- соответствие стандартам JEDEC (Joint Electronic Device Engineering Council - объединенный инженерный совет по электронным устройствам);
- срок хранения данных - 20 лет;
- минимальное число циклов "перепрошивки"/стирания на страницу - 100000;
- работа в промышленном диапазоне температур (-40...+85°С);
- экологически чистый тип корпуса.
В таблице 2 приводится описание функционального назначения выводов микросхем серии AT45DBxx1D.
Таблица 2. Функциональное назначение выводов микросхем серии AT45DBxx1D
Обозначение | Функциональное назначение | Активный уровень | Тип сигнала (вход/выход) |
CS | Выбор кристалла. Установка активного уровня на данном выводе разрешает доступ к микросхеме. В случае, когда на данном выводе отсутствует активный уровень, микросхема работает в ждущем режиме и на выходном выводе SO устанавливается высокое сопротивление. При этом она не может принимать данные по входному выводу SI. Включение микросхемы осуществляется изменением уровня сигнала с высокого на низкий на выводе CS, а выключение - изменением уровня с низкого на высокий. При завершении внутренних самосинхронизирующихся операций (таких, как запись данных или цикл стирания), микросхема входит в ждущий режим только после их полного завершения | Низкий | Вход |
SCK | Тактовая частота последовательного интерфейса. Этот вывод используется для синхронизации работы микросхемы и управления потоком данных по этому интерфейсу. Команда, адрес и входные данные на выводе SI всегда синхронизируются по переднему фронту SCK, в то время как выходные данные на выводе SO - по заднему фронту | - | Вход |
SI | Вход последовательного интерфейса. Данный вывод используется для ввода (с помощью последовательного сдвига) всех данных, хранящихся в микросхеме, в том числе для команд и последовательностей адресов. Данные на выводе SI всегда синхронизируются по переднему фронту SCK | - | Вход |
SO | Выход последовательного интерфейса. Данный вывод используется для вывода (с помощью последовательного сдвига) данных, хранящихся в микросхеме. Данные на выводе SO всегда синхронизируются по заднему фронту SCK | - | Выход |
WP | Защита записи. Когда на данном выводе присутствует активный уровень сигнала, все сектора памяти, отмеченные как защищенные в регистре защиты секторов (Sector Protection Register), будут недоступны для операций записи или стирания в независимости от того, была ли подана команда включения защиты секторов (Enable Sector Protection) или нет. Вывод WP функционирует независимо от программноуправляемого метода защиты. После того как на выводе WP устанавливается низкий уровень, содержимое регистра защиты секторов не может быть изменено. Если на микросхему поступает команда записи или стирания в то время, когда на выводе WP установлен активный уровень, она будет игнорировать команду и вернется в режим ожидания (как только на выводе CS появится неактивный уровень). При этом микросхема будет распознавать только команды включения защиты секторов и блокировки сектора (Sector Lockdown). Со стороны вывода WP микросхема имеет высокое сопротивление, поэтому, если не используется аппаратное управление защитой данных от перезаписи/стирания, данный вывод можно оставлять неподключенным. Рекомендуется, чтобы WP был подключен к VCC | Низкий | Вход |
RESET | Сброс. Низкий уровень на данном выводе прерывает выполнение текущей операции и переводит микросхему в режим ожидания. При этом она будет находиться в режиме сброса до тех пор, пока на данном выводе будет присутствовать низкий уровень сигнала. При установке на выводе RESET высокого уровня, микросхема возвращается обратно в режим нормального функционирования. В микросхеме есть внутренняя цепь сброса (при включении питания), поэтому нет каких-либо ограничений на сброс во время процедуры включения питания. Если по каким-то причинам этот вывод не используется, рекомендуется удерживать на нем высокий уровень сигнала | Низкий | Вход |
RDY/BUSY (только для AT45DB161D, AT45DB321D) | Готов/Занят. На этом выводе устанавливается низкий уровень каждый раз, когда микросхемой исполняется самосинхронизирующаяся операция (запись/стирание, сравнение, пересылка данных между буфером и страницей). Статус "занят" говорит о том, что доступ к памяти и одному из буферов закрыт, при этом остаются возможными операции чтения/записи из/в другие буферы | - | Выход |
VCC | Источник питания. Вывод VCC используется для подачи напряжения питания от источника на микросхему. Строго рекомендуется использовать только установленные производителем напряжения, так как в противном случае это может привести к сбоям и ошибкам памяти | - | Источник питания |
GND | Земля. "Земля" по отношению к источнику питания. Данный вывод должен быть присоединен к системной "земле" | - | "Земля" |
Функциональная схема
Общая функциональная схема микросхем серии AT45DBxx1D (на примере AT45DB041D) показана на рис. 2. Основными блоками здесь являются матрица памяти (Flash Memory Array), в которой хранятся записанные данные, буфер статического ОЗУ (Buffer), позволяющий получать данные при "перепрошивке" микросхемы, а также, использующийся в качестве самостоятельного адресного пространства для чтения/записи поступающих данных и их дальнейшей пересылке в основную память МсП (с последующим стиранием или без него), и интерфейс ввода/вывода (I/O Interface), через который осуществляется управление и доступ к обрабатываемым данным.
Рис. 2. Функциональная схема микросхемы AT45DB041D
Для обеспечения оптимально гибкого доступа к данным матрица памяти микросхем серии AT45DBxx1D разбита на три вида сегментов: секторы, блоки и страницы. Число и размер секторов, блоков и страниц зависит от конкретного типа микросхемы (см. табл. 1). При этом доступна работа в двух режимах адресации (выбор режима по соответствующей команде): бинарном (при котором адресуется пространство размером кратным степени 2) и стандартном DataFlash® (когда доступен больший объем памяти, что дает дополнительные возможности управления потоком данных). Все программные операции выполняются на "страничном" уровне, и лишь операция стирания может быть выполнена над страницей, сектором, блоком или непосредственно над всем объемом доступной памяти.
Управление работой микросхемы осуществляется с помощью команд, поступающих с хост-машины. Каждая из команд синхронизируется по заднему фронту импульса CS и начинается с 8-битного кода операции (opcode), за которым следует адрес назначения (буфер статического ОЗУ либо основная матрица памяти). При передаче всех команд адресов и данных, первым передается старший разряд (most significant bit).
Кроме стандартных операций чтения/записи/стирания рассматриваемое семейство микросхем поддерживает программный и аппаратный методы защиты от ошибок и некорректного обращения к данным. Программный метод основывается на командах с хост-машины, которые включают или выключают опции защиты, в то время как аппаратный работает по сигналу на выводе WP Выбор областей памяти, подлежащих защите, и определение их текущего статуса осуществляется через регистр защиты секторов и регистр статуса (Status Rregister).
Предельные и типовые электрические характеристики по постоянному и переменному току микросхем серии AT45DBxx1D приведены в табл. 3-5.
Таблица 3. Предельные электрические характеристики микросхем серии AT45DBxx1D
Рабочая температура (возможны ошибки памяти) | -55°C ... 125°C |
Температура хранения | -65°C ... 150°C |
Все входные напряжения (включая напряжения на неподключенных выводах) по отношению к "земле" | -0,6В ... 6,25В |
Все входные напряжения по отношению к "земле" | -0,6В ... VCC + 0,6В |
Таблица 4. Типовые электрические характеристики микросхем серии AT45DBxx1D по постоянному току
Обозначение | Параметр | Условия | Мин. | Тип. | Макс. | Единицы измерения |
IDP | Ток покоя | CS*, RESET*, WP* = VIH, на всех входах уровень КМОП | - | 5 | 10 | мкА |
ISB | Ток в режиме ожидания | CS*, RESET*, WP* = VIH, на всех входах уровень КМОП | - | 25 | 50 | мкА |
ICC1 | Рабочий ток (режим чтения данных) | f = 20 МГц; IOUT = 0 мА; VCC = 3,6 В | - | 7 | 10 | мА |
f = 33 МГц; IOUT = 0 мA; VCC = 3,6 В | - | 8 | 12 | мА | ||
f = 50 МГц; IOUT = 0 мА; VCC = 3,6 В | - | 10 | 14 | мА | ||
f = 66 МГц; IOUT = 0 мА; VCC = 3,6 В | - | 11 | 15 | мА | ||
ICC2 | Рабочий ток (режим записи/стирания данных) | Vcc = 3,6 В | - | 12 | 17 | мА |
ILI | Входной ток нагрузки | VIN = уровень КМОП | - | - | 1 | мкА |
ILO | Выходной ток утечки | VI/O = уровень КМОП | - | - | 1 | мкА |
VIL | Низкий уровень напряжения на входе | - | - | - | VCC x 0,3 | В |
VIH | Высокий уровень напряжения на входе | - | VCC x 0,7 | - | - | В |
VOL | Низкий уровень напряжения на выходе | IOL = 1,6 мА; VCC = 2,7 В | - | - | 0,4 | В |
VOH | Высокий уровень напряжения на выходе | IOH = -100 мкА | VCC - 0,2 | - | - | В |
* - активным является низкий уровень сигнала.
Таблица 5. Типовые электрические характеристики микросхем серии AT45DBxx1D по переменному току (интерфейс RapidS™/SPI)
Обозначение | Параметр | Мин. | Тип. | Макс. | Единицы измерения | |
fSCK | Тактовая частота | - | - | 66 | МГц | |
fCAR1 | Тактовая частота для последовательного чтения данных | - | - | 66 | МГц | |
fCAR2 | Пониженная тактовая частота для последовательного чтения данных | - | - | 33 | МГц | |
tXFR | Время передачи страницы в буфер статического ОЗУ | - | - | 400 | мкс | |
tcomp | Время сравнения страницы с буфером статического ОЗУ | - | - | 400 | мкс | |
tEP | Время стирания и перезаписи страницы | 256/264 байт | - | 14 | 35 | мс |
512/528 байт | - | 17 | 40 | мс | ||
tP | Время перезаписи страницы | 256/264 байт | - | 2 | 4 | мс |
512/528 байт | - | 3 | 6 | мс | ||
tPE | Время стирания страницы | 256/264 байт | - | 13 | 32 | мс |
512/528 байт | - | 15 | 35 | мс | ||
tBE | Время стирания блока | 2 Кбайт | - | 15 | 35 | мс |
4 Кбайт | - | 45 | 100 | мс | ||
tSE | Время стирания сектора | 32 Кбайт | - | 0,8 | 2,5 | с |
64 Кбайт | - | 1,6 | 5 | с | ||
128 Кбайт | - | 1,6 | 5 | с | ||
256 Кбайт | - | 1,6 | 5 | с | ||
tRST | Длительность импульса сброса (RESET) | 10 | - | - | мкс | |
tREC | Время восстановления после сброса | - | - | 1 | мкс | |
Автор: Евгений Кузнецов (г. Рязань)
Источник: Ремонт и сервис