存储器原理介绍
Flash属于广义的EEPROM,因为它也是电擦除的rom。与 EEPROM不同,flash擦除时不再以字节为单位,而是以块或页 为单位,速度更快,所以被称为Flash erase EEPROM 。 任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行, 所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。一 般自带数据缓冲buffer。 Flash有Nor Flash和Nand Flash两种。
每个存储单元类似一个标准MOSFET, 但有两个闸极。在顶 部的是控制闸(Control Gate, CG),如同其他MOS晶体管。 但是它下方则是一个以氧化物层与周遭绝缘的浮闸(Floating Gate, FG)。这个FG(多晶硅等)放在CG与MOSFET通道之 间。由于这个FG在电气上是受绝缘层独立的, 所以进入的 电子会被困在里面。在一般的条件下电荷经过多年都不会 逸散。
EEPROM存储单元原理:
0与1的读写:
以浮栅中是否存有电子来区分逻辑状态0和1(也会以电 荷多少来区分多个逻辑状态比如00、01、10、11等)。 写:当漏极接地,控制栅加上足够高的电压时(大于正 常工作电压),交叠区将产生一个很强的电场,在强电场的 作用下,电子通过绝缘层到达浮栅,使浮栅带负电荷。 擦:反之,当控制栅接地漏极加一正电压,则产生与上 述相反的过程,即浮栅放电。 读:注入浮栅的负电荷,排斥P型硅基层上的电子,抵 消提供给控制栅的电压。也就是说,如果浮置栅中积累了电 荷,则阈值电压(Vth)增高。与浮置栅中没有电荷时的情 况相比,如果不给控制栅提供高电压,则漏极-源极间不会 处于导通的状态。
EEPROM存储单元原理:
EEPROM 存储单元原理:
EEPROM 存储阵列:
EEPROM 芯片内部结构:
EEPROM :
特点: ●可以随机访问和修改任何一个字节; ●具有较高的可靠性; ●电路复杂/单位容量成本高; ●容量小;
Flash Memory (flash erase EEPROM):
同步动态随机存储器
SDRAM: 同步动态随机存储器,同步是指 Memory工作需要同步时钟,内部的 命令的发送与数据的传输都以它为基准;动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证 数据不丢失;随机是指数据不是线性依次存储,而是自由指定地址进行数据读写。
SDRAM从发展到现在已经经历了五代,分别是:第一代SDR SDRAM,第二 代DDR SDRAM,第三代DDR2 SDRAM,第四代DDR3 SDRAM,第五代DDR4 SDRAM 。
3D NAND
容量更大、速度更快、价格更便宜、可靠性更高
未来
eMMC: Embedded MultiMedia Card
eMMC: Embedded MultiMedia Card
• 由于NAND Flash芯片的不同厂牌包括三星、东芝 (Toshiba)或海力士(Hynix)、美光(Micron)等,当 手机客户在导入时,都需要根据每家公司的产品 和技术特性来重新设计,过去并没有1个技术能够 通用所有厂牌的NAND Flash芯片。 • eMMC(Embedded MultiMedia Card )为MMC协 会所订立的内嵌式存储器标准规格,主要是针对 手机产品为主;eMMC结构由一个嵌入式存储解决 方案组成,带有MMC(多媒体卡)接口、快闪存储 器设备及主控制器——所有在一个小型的BGA封 装。
第一代SDRAM采用单端(Single-Ended)时钟信号,第二代开始由于工作频率 比较快,所以采用可降低干扰的差分时钟信号作为同步时钟。
DDR SDRAM:Double Data Rate SDRAM
双倍速率的SDRAM
比普通的SDRAM多了两个信号: CLK#与 DQS。 CLK#与正常 CLK 时钟相位相反,形成差分 时钟信号。而数据的传输在 CLK 与 CLK# 的交叉点进行,可见在 CLK 的上升与下降 沿(此时正好是 CLK#的上升沿)都有数据 被触发,从而实现 DDR
SRAM:Static random access memory 静态随机存储器
SRAM是一种具有静止存取功能的内存,不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据.
SRAM基本特点和用途:
DRAM:Dynamic random access memory
动态随机存储器
存储的电容器的容 量非常之小,所以不可 能一下子驱动公用数据 线,需要放大。
Flash 存储结构:
Flash 存储结构:
Flash存储阵列的组成:pageblockplanedevice
Nor Flash与Nand Flash 比较:
性能:
NOR的读速度比NAND稍快一些 NAND的写入速度和擦除速度比NOR快很多 NOR可以直接使用,并可在上面直接运行代码 NAND一般不能直接运行程序,需要先拷贝到RAM区,再运行 NOR可以按字节来操作 NAND只能以页或者块为单位操作
接口:
NOR flash带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节 NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据,各个产品或厂商的方法可能各不相同。 NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,容量密度较高,成本较低;
容量成本:
用途:
NOR主要应用在代码存储介质,方便直接运行代码,如BIOS NAND适合存储大容量数据。
当 DRAM 的电容器存储了电 荷时,对于 FET 来说,形成反偏 置状态,必然会发生漏电流,因此 DRAM 单元的电容器将必然进行 放电。所以,需要定期将单元的状 态恢复为初始状态,这称为刷新操 作。
DRAM单元读过程:
SRAM与DRAM比较:
SDRAM:Synchronous Dynamic random access memory
闪存的速度非常快,台式电脑和笔记本电脑上最新的闪存存储装置使用适当的接口后 读写速度可以达到每秒约500MB。然而,对于智能手机、平板电脑、电子书阅读器等移 动设备来说情况则完全不同,这些设备虽然同样使用闪存作为存储介质,但读取和写入 速度无论如何都无法达到每秒500MB,在大部分移动设备上,闪存的速度甚至每秒只有 约50MB,这是因为移动设备使用的闪存存储器不同于SATA接口的固态硬盘,而是嵌入 式的多媒体存储卡(Embedded Multi Media Card,简称eMMC),它所使用的连接方式速 度要慢很多。 2011年电子设备工程联合委员会(Joint Electron Device En gineering Council,简称 JEDEC)发布了第一代通用闪存存储(Universal Flash Storage,简称UFS)标准,希望能 够替代eMMC。然而,第一代的UFS并不受欢迎,因为相对于不断更新换代的eMMC它似 乎没有提供足够的优势。为此,JEDEC在2013年9月发布了新一代的通用闪存存储标准 UFS 2.0。JEDEC采用了来自 MIPI® 联盟的业界领先规范来建立互联层。UFS2.0版标准继 续这一协作,引用了 M-PHY® 3.0版规范与 UniProSM 1.6版规范。
DDR 差分时钟:起触发时钟校准的作用
由于数据是在 CK 的上下沿触 发,造成传输周期缩短了一半,因 此必须要保证传输周期的稳定以确 保数据的正确传输,这就要求 CK 的上下沿间距要有精确的控制。但 因为温度、电阻性能的改变等原因, CK 上下沿间距可能发生变化,此 时与其反相的 CK#就起到纠正的作 用。
Flash 存储单元:
Flash存储单元由EEPROM过渡而来,核心依旧使用浮栅,但省去了一个控制管。Nor和Nand两种flash 的存储单元排列形式不同。 NOR技术Flash Memory结构,每两个单元共用一个位线接触孔和一条源线线,采用CHE(沟道热电子) 的写入和源极F—N擦除,具有高编程速度和高读取速度的优点。但其编程功耗过 大,在阵列布局上,接触 孔占用了相当的空间,集成度不高。 NAND结构通过多位的直接串联,将每个单元的接触孔减小到1/2 n(n为每个模块中的位数,一般为8 位或1 6位),因此,大大缩小了单元尺寸。NAND采用编F—N写,沟道擦除,其最大缺点是多管串联,读 取速读较其他阵列结构慢。
为了移动系统开发的DDR内存,主要在综合功耗方面做优化。 相对于DDR,LPDDR 在如下几个方面改动: (1). 降低核心工作电压 (2). DLL 省略:DLL (Delay Locked Loop,延时锁定回路) (3). 温度补偿刷新:温度感应,在低温下降低刷新率,降低在自刷新模式 下的功耗 (4). 部分区域的自刷新:提供用户可控的部分区域自刷新,而非整个区域 (5).超低C=NAND falsh+控制器+标准接口(遵循eMMC协议) Samsung eMMC 5.1 provides faster speed compared to eMMC 5.0, eMMC 5.1 achieves 300 MB/s in sequential read, and 140 MB/s in sequential write while eMMC 5.0 provides 260 MB/s in sequential read, and 135 MB/s in sequential write.
MCP存储器:Multi-Chip-Package
MCP存储器,MCP是在一个塑料封装外壳内,垂直堆叠大小不同 的各类存储器或非存储器芯片,是一种一级单封装的混合技术,用此 方法节约小巧印刷电路板PCB空间。 手机中:eMMC+DDR RAM
UFS存储器:Universal Flash Storage
存储器原理介绍
目
录
●半导体存储器分类和原理介绍
●高速存储器的应用
●其他存储类型简介
半导体存储器主要类别
EEPROM存储单元原理:
背景知识:量子隧道效应
经典物理学认为 物体越过势垒,有一阈值能量;粒子能量小于此能量则不能越过,大于此能量则可以越过。例如骑自 行车过小坡,先用力骑,如果坡很低,不蹬自行车也能靠惯性过去。如果坡很高,不蹬自行车,车到 一半就停住,然后退回去。 量子力学则认为 即使粒子能量小于阈值能量,很多粒子冲向势垒,一部分粒子反弹,还会有一些粒子能过去,好象有 一个隧道,称作“量子隧道”。 1962年,英国剑桥大学实验物理学研究生约瑟夫森(Brian David Josephson,1940~)预言,当两个超 导体之间设置一个绝缘薄层时,电子可以穿过绝缘体从一个超导体到达另一个超导体。约瑟夫森的这 一预言不久就为P.W.安德森和J.M.罗厄耳的实验 观测所证实——电子对通过两块超导金属间的薄绝缘 层(厚度约为10埃)时发生了隧道效应,于是称之为“约瑟夫森效应”。 宏观量子隧道效应确立了微电子器件进一步微型化的极限,当微电子器件进一步微型化时必须要考虑 上述的量子效应。例如,在制造半导体集成电路时,当电路的尺寸接近电子波长时,电子就通过隧道 效应而穿透绝缘层,使器件无法正常工作。因此,宏观量子隧道效应已成为微电子学、光电子学中的 重要理论。