В статье дается обзор различных видов памяти разрабатываемых и производимых компанией STMicroelectronics , одного 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.
В настоящее время компания STMicroelectronics ( ST ) разрабатывает и производит в промышленных масштабах следующие виды микросхем памяти:
- EPROM - память с ультрафиолетовым стиранием и с однократным программированием, в том числе стандартные микросхемы памяти типа OTP и UV EPROM , усовершенствованные микросхемы памяти OTP и UV EPROM семейства Tiger Range , микросхемы нового семейства памяти FlexibleROM , разработаного для замены MaskROM , а также микросхемы памяти PROM и RPROM компании WSI (США), вошедшей в состав ST ;
- EEPROM и SERIAL NVM (последовательная энергонезависимая долговременная память) - из последовательной перепрограммируемой энергонезависимой памяти выпускаются микросхемы памяти EEPROM с различным шинным интерфейсом, микросхемы последовательной Flash -памяти, стандартные микросхемы памяти специального назначения ( ASM ) и бесконтактные ( CONTACTLESS MEMORIES ) микросхемы памяти;
- Flash -память типа NOR - в производстве у ST находятся микросхемы Flash -памяти: индустриального стандарта с различным питанием, с расширенной архитектурой для различных областей применения, микросхемы с разнородной памятью и микросхемы Flash -памяти семейства " LightFlash ";
- Flash -память типа NAND - новое направление в производстве микросхем памяти ST .
- SRAM – компания ST производит асинхронные маломощные микросхемы памяти типа SRAM с различным питанием и быстродействием;
- NVRAM - имеются различные решения для SRAM с аварийным батарейным питанием, которые классифицируются как Супервизоры, Zeropower , Timekeeper и часы реального времени с последовательным интерфейсом ( Serial RTC );
- PSM – в соответствие со стратегическим направлением создания "систем на кристалле, ST разрабатывает и производит микросхемы п рограммируемых 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.
Большое число видов и типов микросхем памяти, производимых компанией ST , не позволяет их подробное освещение в рамках одной даже обзорной статьи. Поэтому здесь мы попытаемся остановиться только на основных особенностях некоторых семейств микросхем памяти ST из представленных на рис.1.
Рис. 1. Виды и основные серии микросхем памяти компании STMicroelectronics
Компания ST находится в числе мировых лидеров-производителей памяти типа OTP и EPROM с ультрафиолетовым стиранием, которая удобна для разработки, производства и для замены масочной ROM ввиду того, что они программируются на завершающей стадии производства.
Выпускаемые микросхемы обладают емкостью от 64 кбит до 64 Мбит при питании 5 и 3 В, достаточным быстродействием, различными корпусами, в том числе и для поверхностного монтажа. Организация памяти устройств может быть типа x 8, x 16 и x 8/ x 16. Расшифровка обозначений микросхем памяти ST вида OTP и UV EPROM приведена на Рис. 2.
Набор продукции включает стандартные микросхемы с питанием 5 В 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 FDIP керамических корпусах с окошком и PDIP пластиковых двурядных корпусах, а также в корпусах PLCC и TSOP для поверхностного монтажа.
Для низковольтной серии Tiger Range компания ST 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.
Компания STMicroelectronics стремиться обеспечить потребителя новыми изделиями с улучшенными электрическими характеристиками, и поэтому рекомендует заказчикам заменить “V” серию 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 В и 3 В. Время доступа при питании 2,7 В маркируется на микросхеме и более быстрое время доступа специфицируется в описании. Времена доступа для напряжения питания выше 2,7 В являются рабочими.
Семейство UV и OTP EPROM Tiger Range 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 Мб и 8 Мб скорость программирования доведена до 50 мкс на слово или байт.
Микросхемы низковольтной серии Tiger Range полностью совместимы по штырькам со стандартной серией 5В UV и OTP EPROM . Это гарантирует их полное соответствие для приложений, в которых микропроцессорное питание заменяется с 5 В на 3 В.
Рис. 2. Система обозначений микросхем памяти ST типа OTP и UV EPROM
Технология ST в отношении EPROM непрерывно совершенствуется. Новые перспективы открываются с внедрением новой архитектуры микросхем памяти, основанной на использовании технологии многоразрядной ячейки памяти для получения высоких плотностей записи, начиная с емкости в 64 M бит. 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 ( re - programmable ROM ). Эти микросхемы выпускаются в трех рабочих температурных диапазонах: 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.
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 0.15 мкм технологии компании ST , доступно потребителю с начальной емкостью памяти в 16 M бит. Новое семейство микросхем памяти " FlexibleROM " относится 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 изменения программного кода.
Благодаря технологии, основанной на Flash, время программирование также существенно уменьшено. Микросхемы FlexibleROM обеспечены типовой способностью многословной программы с большим потоком данных, что позволяет программировать устройство с емкостью 64 M бит всего за девять секунд.
Еще одним преимуществом по сравнению с другими однократно-программируемыми ПЗУ является высокая производительность программирования, поскольку 100% функциональных возможностей массива памяти проверяются в ходе тестирования.
Микросхемы семейства памяти FlexibleROM используют питающее напряжение от 2,7 В до 3,6 В для операций чтения и от 11,4 В до 12,6 В для программирования. Устройства имеют 16-разрядную организацию, по умолчанию при включении питания устанавливается режим памяти "Чтение", так что они могут читаться как ПЗУ ( ROM ) или ЭПЗУ ( EPROM ).
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.
Семейства последовательной Flash-памяти компании 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.
Компания ST 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 мкм 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 мкм и появилась возможность производства и этого вида памяти полностью в соответствии с рыночными запросами.
Ассортимент микросхем последовательной энергонезависимой памяти ST включает набор схем емкостью от 256 бит до 16 Мбит. Все микросхемы памяти компании ST обеспечены описаниями, примерами по применению и модельными файлами, что делает их удобными в использовании. По напряжению питания микросхемы последовательной энергонезависимой памяти ST доступны в пяти диапазонах : от 4,5 В до 5,5 В, от 2,5 В до 5,5 В, от 2,7 В до 3,6 В, от 1,8 В до 5,5 В и от 1,8 В до 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). Кроме того, имеется возможность поставки микросхем в упаковках на барабане и в не распиленном виде.
ST М icroelectronics производит широкий диапазон высококачественной последовательной памяти EEPROM , с плотностью от 1 кб до 1 Мб, с тремя промышленными стандартами последовательных шин (400 кГц, I ? C , 2-проводная шина с плотностью до 1 M бит, быстрая 1 M Гц шина типа MICROWIRE ( r ) с плотностью от 1 кбит до 16 кбит и сверхбыстрая 10 M Гц 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 микросхем памяти ST типа EEPROM
Микросхемы последовательной EEPROM с шиной I ? C рекомендуются для использования в приложениях, не требующих высокой шинной скорости для накопления и хранения данных, но желающих иметь возможность побайтового и страничного чтения/записи. Шина работает с тактовой частотой 400 кГц при напряжении питания до 1,8 В. Последовательная EEPROM выпускается ST в различных корпусах: пластиковых DIP с двухрядным расположением выводов, SO , MSOP , TSSOP для поверхностного монтажа и SBGA с матрицей шарообразных выводов .
Микросхемы памяти EEPROM с шиной SPI предпочтительны 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, имеется специальный управляющий вход W для защиты матрицы памяти от записи.
Микросхемы памяти EEPROM с шиной 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.
Семейство микросхем высокоскоростной низковольтовой последовательной Flash-памяти ST имеет четырехпроводный SPI-совместимый интерфейс, что позволяет использовать Flash-память вместо последовательной EEPROM . Изготавливаемые по высокоизносостойкой 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 подсемейства последовательной Flash-памяти с возможностью стирания сектора или страницы:
Последовательная Flash-память с секторным стиранием и страничным программированием: серия M 25 Pxx (полностью в производстве)
Последовательная Flash-память со страничным стиранием и программированием: серия M 45 PExx (это новая серия, доступны образцы, развертывается полное производство).
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.
Семейство последовательной Flash-памяти ST позволяет загружать в оперативную память 1 Мб за 43 мс при минимальном числе команд, что делает их удобными в 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, в котором потребляемый ток менее 1 мкА. Кроме того, четырехпроводный 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.
Для оценки и программирования
M 25 PXX имеется удобный программатор/считыватель. Этот программатор подключается непосредственно к компьютеру и обеспечивает пользователю прямой доступ и управление последовательной Flash-памятью M 25 xxx в любой конфигурации.
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.
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. Эти изделия основаны на последовательной EEPROM и включают логику для приложений типа компьютерного монитора " Plug and Play " со стандартом VESA , компьютерные модули DRAM и др.
Среди данных микросхем можно отметить M 24164 – 16 K б каскадируемую EEPROM со специальной адресацией, возможностью использования 8 устройств каскадом на одной шине и специальной адресацией, используемой при конфликтах на шине I 2 C .
Другой специализированной микросхемой, которая может найти широкое применение на нашем рынке является M 34 C 00 – электронный дескриптор платы, предназначенный 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 и др. Данная микросхема имеет 3 банка по 128 бит (один не стираемый ( OTP -типа), один стандартный банк EEPROM и 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, корпус SO 8 или TSSOP 8, рабочий диапазон температур - 40 … + 85°C .
Бесконтактные микросхемы памяти являются специфическим продуктом. По классификации их с одной стороны можно отнести к специализированным EEPROM , а с другой стороны их можно выделить 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 Smartcard 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. Отметим особенности некоторых микросхем данного типа популярных на российском рынке.
Микросхема SRIX 4 K имеет 4096 пользовательских бит EEPROM с OTP , двоичный счетчик и защиту записи. Соответствует стандарту ISO 14443 – 2 / 3 тип B . Обладает патентованной компанией France Telecom функцией антиклонирования. Работает на несущей частоте 13,56 M Гц с поднесущей частотой 847 кГц, частота со скоростью передачи данных 106 кбит/с. Используется амплитудная модуляция ( ASK ) данных при передачи со считывателя на карту и двоичная фазовая модуляция ( BPSK ) для передачи с карты на считыватель.
Микросхема
LRI 512 имеет 512 бит с блокировкой на уровне блока данных. Она полностью соответствует стандарту ISO 15693 (до 1 метра ) и требованиям E . A . S . Работает на несущей частоте 13,56 M Гц с 1/4 и 1/256 импульсным кодированием на высокой и низкой скорости передачи данных на одной или двух поднесущих частотах. Производится амплитудная модуляция данных при передаче со считывателя на карту и манчестерское кодирование при передаче с карты на считыватель.
В микросхеме CRX 14 имеется встроенный в чип механизм радиосвязи с протоколом и модуляцией по стандарту ISO 14443 типа B (радиоинтерфейс). Обладает патентованной France Telecom функцией антиклонирования. Обеспечивает последовательный доступ к базе на частоте 400 кГц по двухпроводной последовательной шине I ? C с возможностью соединения по одной шине с восемью CRX 14. Имеет буфер 32 байта для входного и выходного пакета и встроенный вычислитель циклического избыточного кода ( CRC calculator ). Выпускается в корпусе S 016 Narrow (сжатый).
Компания ST является одной из немногих компаний, осуществляющих разработку и производство микросхем энергонезависимых ОЗУ ( NVRAM ). Решением ST , позволяющим обеспечить сохранность данных ОЗУ при сбоях и потери внешнего питания, является использование резервного питания (миниатюрной литиевой батареи), располагаемой непосредственно сверху микросхемы или на системной плате. Исходя из задач решаемых с использованием ОЗУ, ST производит четыре типа микросхем NVRAM : супервизоры, ZEROPOWER ® NVRAM , Последовательные часы реального времени ( Serial RTC ) и TIMEKEEPER ® NVRAM .
Выделяют два класса супервизоров: супервизоры микропроцессоров ( Microprocessor supervisor ) и супервизоры энергонезависимых ПЗУ ( NVRAM supervisor ), а также возможна комбинация обоих классов.
Основными функциями супервизора микропроцессора (µ P ) являются мониторинг напряжения и функция сторожевого таймера ( Watchdog ). Большинство супервизоров микропроцессоров включают эти функции. В комбинированных микросхемах возможна интеграция и других функций. Основными функциями супервизора NVRAM являются мониторинг напряжения с п ереключением батареи и з ащита записи.
Монитор напряжения предохраняет микропроцессор (и систему) путем контроля напряжения источника питания и генерации сигнала СБРОС ( RESET ) для перехода микропроцессора в начальное состояние при недопустимо низком значении питающего напряжения. Эта опция называется Low Voltage Detect ( LVD ) - "Обнаружение низкого напряжения ".
При включении питания монитор напряжения также выдает сигнал RESET до тех пор, пока напряжение питания не стабилизировалось. Эта опция называется Power - on Reset ( POR ) - "Сброс при включении питания".
Встроенная с хема переключения аварийной батареи контролирует напряжение внешнего источника питания. Когда оно падает ниже определенного порога переключения , происходит переключение на батарейное питание, что обеспечивает непрерывную подачу напряжения к маломощному статическому ОЗУ ( LPSRAM ) для сохранения в нем данных.
Интегрированная схема защиты записи контролирует напряжение внешнего источника питания и, когда оно падает ниже некоторого порогового уровня, закрывает доступ к LPSRAM .
Иногда для получения энергонезависимого ОЗУ разработчики решают задачу их создания вместо использования имеющихся в наличии модулей. Стандартное маломощное ОЗУ ( SRAM ) может быть преобразовано в NVRAM путем прибавления батареи питания, схемы защиты записи и схемы переключения батарейного питания. Компания ST имеет несколько устройств, которые интегрируют все эти функции. Кроме того, батарея и кварц интегрированы в корпусе типа SNAPHAT ® , что упрощает задачу разработки NVRAM решения.
Так как для бесперебойного питания часов реального времени требуется переключатель батареи и цепь защиты записи, то это естественно вызывает желание иметь часы реального времени в супервизоре NVRAM . У ST есть три микросхемы, которые имеют такую комбинацию – это микросхемы M41ST85 , M48T201 и M48T212 . Все эти три устройства включают также функции супервизора микропроцессора: POR , LVD и сторожевого таймера. Супервизоры NVRAM с часами реального времени имеют название "Супервизор TIMEKEEPER ® .
Одной из последних разработок ST является микросхема M41ST87 в корпусе SOX28 предназначенная для использования в кассовых машинах. Этот супервизор целенаправленно разработан для приложений требующих высокой степени защиты данных и безопасности. Микросхемы M41ST87 комбинированы со схемами обнаружения несанкционированного доступа со стиранием содержания памяти внутри супервизора для обеспечения безопасности удаленных устройств типа кассовых терминалов и терминалов кредитных карточек. У них в одном новом 28-штырьковом корпусе компании ST типа SOIC (SOX28 ) интегрированы супервизор NVRAM , последовательные часы реального времени и микропроцессорный супервизор. В корпусе SOX28 кроме кристалла размещен и кварц на 32 кГц, что уменьшило профиль и размер контактной площади микросхемы. Доступные по питанию в 3 В и 5 В версиях, микросхемы M41ST87 интегрируют много различных функций и используют свой резервный источник питания от внешней батареи или обычно имеющийся в системах, экономя еще и стоимость.
Схема обнаружения несанкционированного доступа имеет два независимых ввода, каждый из которых может быть конфигурирован для нескольких различных схем подключения. После обнаружения явления несанкционированного доступа, варианты пользовательских возможностей включают очистку внутренних 128 байтов RAM , посылку прерывания к системному микропроцессору и специальный вывод сигнала для очистки внешней RAM . Эти функции предотвращают вторгшегося от доступа к уязвимым данным (напр., пароль пользователя), содержащимся в любой оперативной памяти, также как и прерывание для системного процессора, который будет информирован относительно прорыва защиты. Эти функции обеспечиваются также при работе микросхем M41ST87 в режиме с батарейным питанием. Другие опции защиты включают обнаружение сбоя тактового генератора и автоматическую временную метку при обнаружении несанкционированного доступа. Кроме того, M41ST87 снабжает пользователя уникальным 64-разрядным порядковым номером.
Корпус микросхем M41ST87 с встроенным кварцем также способствует обеспечению безопасности. Помимо экономии пространства и стоимости, связанной с системотехническими работами, кварц закрыт от доступа извне. Кроме того, он лучше огражден от воздействий природной среды. С учетом всех факторов можно утверждать, что такое решение ST позволяет уменьшить стоимость системы в целом.
Супервизор NVRAM микросхем M41ST87 может использоваться для управления маломощным ОЗУ. Здесь задействуются следующие встроенные схемы: схема автоматического переключения батареи, схема разрешения доступа ( Chip - Enable Gate ) для защиты ОЗУ от записи и монитор батареи. Это дает возможность пользователю создать NVRAM , используя резервную батарею M41ST87 для дублирования питания LPSRAM .
В основе микросхемы M41ST87 лежат программируемые, с батарейным питанием часы реального времени с регистрами счетчиков, которые прослеживают время и дату с разрешающей способностью в пределах от сотых долей секунд до сотен лет. Обращение к ним осуществляется по интерфейсу I 2 C с частотой 400 кГц. Сформированные с использованием маломощной КМОП технологии, ОЗУ схемы часов реального времени M41ST87 организовано как 256x8 бит, с регистрами по 21 байт и имеет 128 байт собственной NVRAM плюс 8 байт отведенной на уникальный порядковый номер.
Микропроцессорный супервизор микросхем M41ST87 включает две независимые схемы предварительного предупреждения о сбое питания ( PFI / PFO ) с опорным напряжением компараторов 1,25 В, схему сброса, которая может запускаться от нескольких источников по двум входам, и схему обнаружения падения стабилизированного напряжения питания с выдачей сигнала сброса. В качестве источника сброса может использоваться также и сторожевой таймер с программируемым временем ожидания от 62,5 мсек до 128 сек. Кроме того, в качестве источников сброса могут быть сконфигурированы и цепи обнаружения несанкционированного доступа. Одну или обе цепи PFI / PFO можно использовать не только для предварительного предупреждения о сбое питания, но и для управления цепями повторного включения. Таким образом, при использовании M41ST87 можно контролировать до трех различных напряжений питания (включая Vcc ).
Низкопрофильный корпус SOX28 занимает мало пространства на плате (2,4х10,42 мм, включая выводы). Микросхемы M41ST87 работают в индустриальном диапазоне температур от -40 о С до +85 о C.
Для решений с поверхностным монтажом и высокой плотности ОЗУ компания ST предлагает использовать отдельно супервизор и несколько LPSRAM . Такое многокристальное решение часто требует меньшее количество места на плате, чем другие решения, и намного ниже по стоимости, чем гибридные DIP .
Пользователи могут подключать к соответствующему супервизору NVRAM компании ST различное количество LPSRAM , что позволяет конфигурировать широкое разнообразие плотностей и возможностей. Типовые комбинации включают:
- 16 Мбит, 3 В или 5 В SMT решение, использующее M40Z300 супервизор без верхней батареи с четырьмя маломощными ОЗУ типа M68Z512;
- 1 Мбит или 4 Мбит, 3 В SMT решение, использующее M40SZ100W SNAPHAT ® супервизор и маломощные SRAM типа M68Z128W или M68Z512W.
Микросхемы серии ZEROPOWER ® получили свое название за способность сохранять данные при отсутствии внешнего сетевого питания. Они состоят из двух основных компонентов: маломощного ОЗУ ( LPSRAM ) и супервизора NVRAM (рис. 4). Типовое ОЗУ типа LPSRAM потребляет обычно менее одного мкА при работе только с батареей и может сохранять данные в течение нескольких лет при использовании для питания миниатюрной литиевой батарейки.
Супервизор NVRAM состоит из двух основных схем: схемы переключения батареи и схемы защиты записи. Схема переключения батареи переключает питание LPSRAM от системного стабилизированного источника питания ( Vcc ) на батарейное питание ( Vbat ). Эта схема осуществляет контроль за Vcc и, когда оно начинает падать, питание LPSRAM переключается на резервную батарею.
Рис. 4. Архитектура микросхем памяти NVRAM типа ZEROPOWER ®
При снижении Vcc менее некоторого порогового значения микропроцессор может вести себя неустойчиво, и это может привести к ошибочным записям и даже очистить содержание ОЗУ. Схема защиты записи закрывает микропроцессору доступ к LPSRAM для предотвращения такой ситуации.
Все микросхемы ZEROPOWER ® NVRAM компании ST обладают такими же возможностями, и никаких других внешних схем при этом не требуется. В настоящее время выпускаются микросхемы с интегрированными на одном кристалле супервизором NVRAM и LPSRAM с плотностью до 256 кбит и ниже. Для более высоких плотностей пока используются две отдельные микросхемы.
Рис. 5. Типы корпусов микросхем NVRAM
Микросхемы NVRAM компании ST доступны в различных корпусах. Основным корпусом для поверхностного монтажа ( SMT ) является корпус SNAPHAT ® (рис. 5а). Микросхема в корпусе SOH 28 имеет стандартное расположение выводов SRAM , а батарея крепится сверху на застежках, что обеспечивает ее легкую замену. Корпус типа CAPHAT (рис. 5б) имеет неотсоединяемую батарею. Он рекомендуется для приложений, использующих монтаж " через отверстие ".
Для решений с монтажом "через отверстие" и высокой плотности ОЗУ предлагается гибридный корпус DIP , в котором LPSRAM и супервизор – отдельные микросхемы, установленные на общей печатной плате вместе с батареей (рис. 15с). В настоящее время доступны плотности ОЗУ до 16 M бит.
С учетом потребностей разработчиков, одним из последних ZEROPOWER ® NVRAM является микросхема M 48 Z 32 V в низкопрофильном корпусе. Микросхема M48Z32V имеет LPSRAM c плотностью памяти 32 Kx8 при питании 3,3 В. Низкопрофильный корпус SOIC с 44 штырьками, возвышается над монтажной платой всего на 0.12" ( 3,05 мм ), что предоставляет пользователям большую гибкость при компоновке платы и снимает для проектировщиков проблемы габарита по высоте.
Микросхема M48Z32V имеет встроенный коммутатор аварийного батарейного питания и цепи защиты от записи при сбоях питания совмещенные с 256 кбит маломощной SRAM . Время доступа для этих микросхем составляет 35 нс для M48Z32V-35MT1 и 70 нс для M48Z32V-70MT1.
Потребляя только 200 нА (тип. при 40° C ), M48Z32V может сохранять данные в течение десятилетнего срока службы батареи с емкостью 18 мА/ч. Эта микросхема совместима с системами, уже содержащими литиевые батареи на плате. Сочетание низкопрофильного корпуса со стоимостью M48Z32V позволяет использовать ее как удачное решение NVRAM во многих приложениях.
При использовании своих контактов для подключения к любому батарейному питанию, микросхема M48Z32V может использоваться как обыкновенное асинхронное статическое ОЗУ для любого микропроцессора или микроконтроллера.
Микросхема M48Z32V производится в корпусе SO44, который аналогичен корпусу ST типа SOH44 SNAPHAT ® , но без верхней батареи. Она питается от источника 3,3 В (±10%) и работает в коммерческом диапазоне температур (от 0 до 70° C ).
Рис. 6. Архитектура микросхем TIMEKEEPER ® NVRAM
Микросхемы TIMEKEEPER ® NVRAM основаны на использовании базовой технологии NVRAM ST . Так как в микросхемах ZEROPOWER ® NVRAM применяется батарейное питание, то добавление часов реального времени существенно расширяет возможности микросхем NVRAM и области их применения. Свое название TIMEKEEPER ® такие микросхемы получили именно из-за наличия часов реального времени с календарем, которые выдают в систему точное время, день и дату даже при отсутствии внешнего системного питания (рис. 6).
Микросхемы TIMEKEEPER ® NVRAM изготавливаются на базе ZEROPOWER ® NVRAM , к которым добавляется схема часов/календаря реального времени, включая кварцевый генератор на 32 кГц. Схема переключения аварийного питания, используемая для сохранения данных в LPSRAM используется также и для RTC . Аналогично, в интересах защиты записи RTC применяется и схема защиты записи NVRAM . Генератор RTC оптимизирован по питанию и его потребление не превышает 40 nA.
Принцип работы часов реального времени состоит в использовании генератора 32 кГц с последующим делением частоты несколькими счетчиками. Первый счетчик делит частоту генератора на 32,768 и на его выходе получается сигнал с частотой в один герц. Следующий счетчик считает количество секунд, и раз в минуту выдает сигнал на счетчик минут. Следующие последовательные счетчики продолжают деление частоты вниз вплоть до выдачи одного импульса в столетие. Для управления числом дней в каждом месяце и учета високосного года используется дополнительная логика.
Данные на выходах счетчиков соответствуют текущему времени и дате. Эти параметры переносятся в область распределенной памяти NVRAM и фигурируют как обыкновенные адреса ячеек ОЗУ. Пользователи считывают/записывают время и дату путем чтения/записи этих адресов в пространстве NVRAM .
Буферы обеспечивают "бесшовное" чтение/запись данных RTC . При чтении RTC , кадр захваченных данных о текущем состоянии реального времени сохраняется в буферах, откуда и производится считывание данных микропроцессором. Наличие кадра данных гарантирует неизменность времени в процессе очередного цикла считывания микропроцессором. Аналогично в течение цикла записи, буфера задерживают данные, поступающие от микропроцессора, и ждут конца цикла записи информации "день-дата-время" для одновременной передачи поступивших данных счетчикам часов.
Регистры RTC отображаются в памяти LPSRAM . Для этого задействуется от 8 до 16 байт LPSRAM . День, дата, и время считываются и записываются в виде обыкновенных адресов ОЗУ. Имея в своем составе ZEROPOWER ® NVRAM , микросхемы TIMEKEEPER ® NVRAM сохраняют и все их основные особенности, включая отсутствие дополнительных внешних схем. При плотности памяти до 256 кбит часы реального времени и супервизор NVRAM интегрированы на одном кристалле с LPSRAM . Для более высоких плотностей памяти используется отдельная микросхема LPSRAM . В зависимости от технологии исполнения, компоненты, составляющие микросхему, могут размещаться в одном "гибридном" корпусе, или же на одной подложке в отдельном корпусе ИС (развивающаяся технология упаковки TIMEKEEPER ® ).
Подобно микросхемам TIMEKEEPER ® NVRAM последовательные часы реального времени ( Serial RTC ) отслеживают текущее реальное время даже при отсутствии внешнего системного питания. Вместо стандартного асинхронного параллельного интерфейса SRAM , последовательные RTC используют последовательную шину. Устройства ST выпускаются в двух версиях последовательного интерфейса промышленного стандарта: I ? C и SPI .
Данные микросхемы изготавливаются на основе TIMEKEEPER ® NVRAM путем уменьшения количества NVRAM до нескольких байт и изменения интерфейса к одному из стандартов, перечисленных выше.
Большинство устройств Serial RTC содержат в себе переключатель батареи, цепи защиты записи и многие другие современные функции микропроцессорного супервизора, например, сброса питания и сторожевого таймера (рис. 7).
Для приложений, не требующих резервирования или нуждающихся только в краткосрочном резервировании с использованием конденсатора, компания ST выпускает более простые и дешевые устройства Serial RTC , например, M 41 T 0 и M 41 T 80 .
Рис. 7. Архитектура микросхем NVRAM типа Serial RTC
Микросхемы полнофункциональных последовательных часов реального времени ST имеют много функций микропроцессорного супервизора. Например, M 41 T 81 - это Serial RTC с интерфейсом I ? C 400 кГц, Alarm , программируемым Watchdog , программируемым генератором меандра, в корпусе SO 8 или SOX28 типа SOIC (с встроенным в корпус кварцем). Микросхема M 41 T 94 является первым устройством Serial RTC ST c интерфейсом SPI . В ней имеются интегрированные схемы P О R / LVD , программируемый Watchdog , Alarm , возможность подключения кнопки сброса. Микросхема выпускается в корпусах SO 16 и SOH 28 SNAPHAT ® . Микросхема Serial RTC M 41 ST 84 с интерфейсом I ? C 400 кГц выделяется расширенными возможностями микропроцессорного супервизора. Кроме функций P О R / LVD , программируемого Watchdog и Alarm она обеспечивает функцию р аннего предупреждения о сбое питания ( PFI / PFO ) и сброс по входу. Производится в корпусе SO 16.
Современные микросхемы NVRAM компании ST достигли такого уровня интеграции, что некоторые из них ( M41ST85 , M41ST87 и M41ST95 ) можно классифицировать и как Serial RTC и как TIMEKEEPER ® супервизоры. Достигнутый уровень интеграции позволяет теперь размещать кварц непосредственно в монолитном корпусе микросхемы рядом с кристаллом, а не выносить его к верхней батарее. Примером такого решения, обеспечивающего повышение надежности и безопасности, является микросхема М41СТ85МХ6 .
Наряду с высоко интегрированными микросхемами SERIAL RTC компания ST выпускает устройства содержащие минимум необходимого для непрерывной выдачи в систему реального времени. К таким устройствам относятся микросхемы M 41 T 0 и M 41 T 80. Они содержат полный набор счетчиков времени и учитывают особенности високосных лет. К дополнительным возможностям этих устройств относятся программируемый сигнал аварии с функцией обработки прерываний, программируемый выходной меандр и отдельный вывод сигнала с частотой 32 кГц, используемый как эталонный входной сигнал для тактовых генераторов других микросхем. Имея такие возможности, данные микросхемы покрывают потребности приложений в значительной части потребительского рынка.
Микросхемы M41T0 и M41T80 имеют последовательный интерфейс промышленного стандарта I2C 400 кГц и работают в индустриальном интервале температур от -40 о C до +85 о C. Производимые в корпусах для поверхностного монтажа, оба устройства работают от источника питания с напряжением от 2 В до 5,5 В при малом потреблении тока. Например, M41T0 потребляет только 900 нА в дежурном режиме и 35 мкА в активном режиме (при типовом питании 3,0 В). M41T80 потребляет 1,5 мкА в дежурном режиме (при типовом питании 3,0 В) и только 30 мкА в активном режиме (при максимальном напряжении питания 3,0 В).
В дополнение к основной задачи хронометрирования, в микросхеме M41T0 есть опция стопового бита генератора для обнаружения ухода частоты тактового генератора из-за уменьшения питающего напряжения. Что касается M41T80, его свойства хронометрирования дополнены программируемым прерыванием по сигналу Alarm с режимами повтора, специальным выводом частоты 32 кГц и программируемым выходным меандром с частотой от 1 Гц до 32 кГц. Специализированный вывод частоты 32 кГц может использоваться для управления микропроцессорами и микроконтроллерами со схемой фазовой синхронизации тактового генератора, которая требует 32 кГц в качестве эталона. Кроме того, этот же вывод может использоваться для тактовой синхронизации микросхем при их работе на режимах с малой мощностью. Вывод 32 кГц рассчитан для условий постоянной работы, но он может быть заблокирован программным обеспечением пользователя.
Функция аварийного сигнала (Alarm) микросхемы M41T80 имеет режим с повторением Alarm от одного раза в год до одного раза в секунду. Функция программирования меандра позволяет программировать его частоту от 1 Гц до 32 кГц с множителем 2.
Рис. 8. Схема подключения микросхемы M41T80
Микросхема M41T80 легко соединяется по шине I2C 400 кГц с почти любыми микропроцессорами и микроконтроллерами (рис. 8), а при добавлении внешнего диода и конденсатора, она может всегда поддержать микроконтроллер при кратковременном отказе питания. Так как шина I2C работает с открытым стоком, то нет проблем по согласованию напряжения между микропроцессором и M41T80 и для развязки по напряжению достаточно использовать один диод. При использовании конденсатора с емкостью 1 F и питающем напряжении Vcc равным 3,3 В, ожидаемое время обеспечения резервного питания составляет приблизительно 10 дней.
Микросхемы M41T80 выпускаются в малоразмерном корпусе типа SO8. Возможна поставка и в корпусе TSSOP8.
Наиболее простым устройством из серии микросхем SERIAL RTC ST является микросхема M 41 T 0 , разработанная на базе M41T00, M41T0. У этого устройства нет переключателя батареи и программной калибровки часов, но есть функция обнаружения сбоя генератора и интерфейс I2C с 400 кГц.
Микросхема M41T0 при использовании внешнего конденсатора с емкостью 1 F при питании в 3,3 В может обеспечить резервное питание продолжительностью до двух недель.
Верхняя батарея для микросхем NVRAM компании ST поставляется отдельно и это обязательно надо учитывать при заказе данных схем.
Микросхемы памяти типа NVRAM производятся и другими компаниями, но у многих из них не найти тех особенностей, которые присущи компонентам компании ST . Микросхемы NVRAM STMicroelectronics отличаются в первую очередь более высокой интеграцией, наличием встроенного переключателя батареи и возможностью программной калибровки часов, для чего используется программное обеспечение ( доступно на сайте ST ).