Încă de la construirea primelor sisteme cu microprocesoare, a apărut problema păstrării de lungă durată a datelor. Circuitele RAM, care îndeplinesc cu brio rolul de memorie de operare, din motive evidente nu au fost potrivite pentru stocarea de durată a datelor – conţinutul lor este pierdut ireversibil odată cu dispariţia tensiunii de alimentare. Speranţa s-a legat de memoriile EEPROM şi Flash. Asupra lor lucrează de mai mulţi ani cei mai mari furnizori de elemente semiconductoare, dintre care şi Microchip.
Tehnologia de producţie a memoriilor RAM (Random Access Memory) era bine stăpânită în perioada în care apăreau primele sisteme cu microprocesoare, însă lipsea o memorie care ar fi putut fi scrisă de către procesor şi al cărei conţinut să nu fie anulat după decuplarea alimentării. Ideea de utilizare în acest scop a memoriilor RAM nu a fost însă abandonată definitiv. Asemenea circuite sunt produse în tehnologiile CMOS, fapt care permite alimentarea lor de tip buffering, de exemplu cu o baterie cu litiu, obţinând astfel un mod destul de sigur de stocare a datelor, limitat în timp doar de durata de viaţă a bateriei. Pe piaţă poate fi găsită şi în prezent o ofertă pentru circuite de acest tip.
Majoritatea producătorilor s-a concentrat însă pe tehnologii complet semiconductoare – EEPROM şi Flash, care oferă o garanţie mai mare privind siguranţa datelor. Dezvoltarea acestora, cel puţin în perioada iniţială a lucrărilor, nu a fost totuşi uşoară. În prezent, doar câteva firme oferă circuite de memorie de tip EEPROM şi Flash. Cele mai importante sunt: Microchip, Atmel, Catalyst, ST Microelectronics şi Silicon Storage. În articolul de faţă ne vom concentra pe produsele Microchip şi Silicon Storage, aflate în oferta TME.
Memorii EEPROM
Memoriile EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory), din motive care ţin de caracteristicile lor funcţionale, sunt foarte potrivite, de exemplu, pentru păstrarea parametrilor de configurare ai sistemelor cu microprocesoare, a reglajelor digitale ale oricărui tip de instrumente etc. Timpul relativ lung de scriere mai degrabă descalifică acest tip de memorie de la stocarea cantităţilor mari de date obţinute în timp real.
Memoriile EEPROM reprezintă o componentă aproape standard a structurii interne a microcontrolerelor actuale. Sunt folosite în continuare şi ca elemente externe, ataşate sistemului printr-una din interfeţele populare. Posibilitatea alegerii acestei interfeţe este, aşadar, foarte importantă pentru utilizatori. Circuitele Microchip se deosebesc în această privinţă de produsele concurenţei. Din oferta acestui producător se pot alege memorii cu interfeţele seriale: UNI/O, SPI, I2C, Microwire (3-wire). UNI/O este o soluţie proprie Microchip, încă relativ puţin cunoscută.
În această interfaţă, pentru transmisie este utilizată doar o linie I/O. Schema tip de conectare a memoriei la microcontroler este prezentată în figura 1. Demnă de atenţie este absenţa liniei WP (Write Protect), această funcţie fiind realizată din program. Pentru transmiterea datelor printr-o singură linie I/O este folosit codul Manchester cu autosincronizare. Conectarea foarte simplă, cu un singur fir, permite utilizarea carcasei SOT23 cu doar trei terminale.
Avantajul interfeţei UNI/O constă în uşurinţa de ataşare la microcontroler a mai multor circuite de memorie, însă dezavantajul este dat de relativ scăzuta viteză de transmisie (frecvenţa de tactare este cuprinsă în intervalul 10…100kHz). Lista celor mai importanţi parametri ai memoriilor seriale EEPROM produse de Microchip disponibile la TME sunt prezentate în tabelul 1.
Oferta de memorii EEPROM produse de Microchip disponibile la TME cuprinde circuite în diferite versiuni de tensiune, de exemplu: cu tensiuni dedicate: 1,8V, 2,5V, 3,3V şi 5V şi care funcţionează cu tensiuni de alimentare din domeniile 1,5…3,6V, 1,7…5,5V, 1,8…5,5V şi 2,5…5,5V. În funcţie de capacitate (între 128 biţi şi 1 Mbit) şi de versiunea de tensiune, ele sunt disponibile în carcasele: SO8, DIP8, SOIC8, SOJ8, TSSOP8, TDFN8, MSOP8, SOT23, SOT23-5, SOT23-6.
Memorii Flash
Parametrii memoriilor Flash, în primul rând durata de ştergere/scriere a unui sector şi perioada garantată de stocare a datelor permit utilizarea lor în orice tip de memorii de masă portabile. Sunt potrivite la fel de mult pentru colectarea staţionară a unor mari cantităţi de date în sistemele cu microprocesoare. Cel mai adesea, în această funcţie sunt folosite memorii cu interfaţă serială, ceea ce permite obţinerea unei mai bune miniaturizări a PCB şi simplificarea schemei de conexiuni. În oferta TME se află memorii Flash produse de Silicon Storage Technology. Din aprilie 2010, părţile sociale în domeniul producţiei acestor elemente au fost răscumpărate de la SST de concernul Microchip, fapt reflectat în extinderea considerabilă a ofertei firmei însăşi, dar şi a distribuitorilor acesteia (TME). Lista este deschisă de memoriile care fac parte din gama SST25VF disponibile în versiunile: 512kb, 2Mb, 4Mb, 8Mb, 16Mb, 32Mb şi 64Mb. Celulele de memorie sunt fabricate în tehnologia, protejată de patente, CMOS Super Flash (disponibilă în prezent pentru Microchip) care foloseşte soluţii foarte avansate. Utilizarea unei porţi cu un strat gros de oxid creşte, de exemplu, durata de menţinere a sarcinii şi, astfel, timpul de stocare a informaţiilor în celula de memorie. Acest lucru determină însă necesitatea “tragerii” prin tunel a electronilor, iar pentru aceasta a fost necesară elaborarea unor soluţii tehnologice speciale. Datorită acestora şi altor inovaţii, a fost obţinută o creştere a vitezei de funcţionare a memoriei cu scăderea simultană a puterii consumate. Schema bloc a circuitelor 25VF este prezentată în figura 2. În aceste memorii este folosită o interfaţă SPI cu 4 fire cu o frecvenţă de tactare superioară egală cu 50 sau 80MHz, care funcţionează în modul 0 sau 3.
Aceste circuite pot fi alimentate cu o tensiune cuprinsă între 2,7 şi 3,6V, iar în stare activă consumă un curent cu intensitatea de 10mA.
Activarea circuitului este forţată prin aplicarea unei stări logice joase pe linia CE. Cât timp această linie este menţinută în stare ridicată, curentul de alimentare scade la 5µA. Numărul de cicluri ştergere/scriere este stabilit la 100000, iar timpul de stocare a datelor este estimat la 100 de ani. Aşa cum ştim, scrierea în memoria Flash poate fi realizată doar în interiorul unui bloc/sector. În memoriile 25VF, mărimea unui sector este de 4kB, iar acest parametru pentru blocurile overlay poate fi egal cu 32 sau 64kB. Timpul de ştergere al unui sector/bloc nu depăşeşte 18ms, iar timpul de programare standard al unui bait este egal cu 7µs. În plus, există o comandă de ştergere a memoriei în întregime, care se execută în 35ms. În timpul scrierii în bloc a datelor, foarte utilă este funcţia de autoincrementare a contorului de adrese.
Scrierea datelor poate fi blocată din hardware prin intermediul liniei WP (Write Protect). În structura circuitului a fost inclusă o parte logică corespunzătoare, care controlează scrierea şi citirea datelor, fapt necesar în toate memoriile de tip Flash. Linia HOLD este folosită pentru blocarea temporară a transmiterii datelor prin interfaţa SPI, fără a fi necesară aducerea la zero a memoriei la reluarea transmisiei. Memoriile funcţionează într-un domeniu de temperaturi cuprins între -40°C şi +85°C. Circuitele din seria 25VF aflate în oferta TME sunt disponibile în carcasele TDFN8, TDFN16, SO8, SOL8 şi SOL16. Ele pot fi comandate şi în role.
O completare a gamei 25VF o constituie circuitele 25WF alimentate cu o tensiune cuprinsă în intervalul 1,65…1,95V. Ele sunt disponibile în versiunile: 512kb, 1, 2, 4 şi 8Mb.
După tranzacţiile de proprietate ale Microchip, în ofertă au fost incluse şi noile tipuri de memorii Flash, din care face parte gama 49LF. Acesteia îi aparţin circuitele descrise ca Firmware Hub for Intel 8xx Chipset. Ele sunt folosite în aplicaţii legate de operarea PC-BIOS. Memoriile 49LF sunt produse în mod similar celor menţionate anterior, în tehnologia Super Flash.
Schema bloc este prezentată în figura 3.
Memoriile pot funcţiona în două moduri: FWH (Firmware Hub Interface) destinat scrierii şi citirii datelor în sistem şi PP (Parallel Programing) folosit pentru programarea rapidă de producţie. În modul FWH este utilizată o interfaţă de comunicaţie cu 5 fire, tactată cu frecvenţa de 33MHz. Interfaţa paralelă este alcătuită dintr-o magistrală de adrese multiplexată cu 11 fire şi dintr-o magistrală de date cu 8 fire I/O. Memoriile 49LF sunt prevăzute cu protecţie împotriva scrierii neautorizate. Pentru aceasta sunt folosite două terminale: WP# (Write Protect) şi TBL# (Top Boot Block) care protejează o zonă specială din memorie, care ocupă cele mai înalte adrese şi cuprinde 16 sectoare de boot (64 kB). Protecţia datelor scrise în memorie poate fi controlată şi prin programare, pentru aceasta fiind alocat registrul special de control Block Locking Register.
Ştergerea memoriei cu ajutorul comenzii Chip-Erase este posibilă doar în modul PP. Circuitele 49LF pot fi alimentate cu o tensiune de 3.0…3,6V şi funcţionează în domeniul de temperaturi cuprins între 0°C şi +85°C. Circuitele sunt disponibile în carcasele: TSOP32, TSOP40, PLCC32 ca bucăţi individuale şi în role.
Memoriile nevolatile constituie un element indispensabil al aproape fiecărui echipament electronic modern. În acest domeniu, oferta Microchip, în special după preluarea drepturilor asupra produselor Silicon Storage Technology, a devenit deosebit de atractivă. Circuitele descrise mai sus sunt disponibile în oferta TME.
Mai multe informaţii:
Transfer Multisort Elektronik s.r.l.
Str. B.P. Haşdeu nr. 8, Timişoara
Tel.: +40 356467401
Fax: +40 356467400
tme@tme.ro
www.tme.ro