第11章 存儲器集成電路簡介

1、第11章 存儲器集成電路簡介集成電路芯片及應(yīng)用2011年12月存儲器分類l靜態(tài)RAMl動態(tài)RAMlFlash Memory動態(tài)隨機(jī)存儲器動態(tài)隨機(jī)存儲器DRAM 60年代第一個半導(dǎo)體存儲器：16位雙極性靜態(tài)存儲器 70年代MOSFET PMOS-NMOS-CMOS 需要刷新靜態(tài)隨機(jī)存儲器靜態(tài)隨機(jī)存儲器SRAM 元件多、容量小、速度快高速緩沖 目標(biāo)：面積、速度、功耗、工藝Intel 2147 4k只讀存儲器只讀存儲器ROM 內(nèi)容掉電后不變 存儲指令、系數(shù)、函數(shù)表、固定程序控制器、游戲卡 ROM-PROM-EPROM-EEPROM-FLASHFLASH EPROM的結(jié)構(gòu)簡單、密度高優(yōu)點、在線電擦除存

2、儲器結(jié)構(gòu)非易失NV SRAM第一代第一代NV SRAMNV SRAM模塊問世近模塊問世近2020年來，新一代年來，新一代NV SRAMNV SRAM不斷更新不斷更新第一代第一代NV SRAMNV SRAM模塊采用大尺寸模塊采用大尺寸DIPDIP封裝。該封裝具有一定的封裝。該封裝具有一定的高度，因為電池和高度，因為電池和RAMRAM芯片疊放于芯片疊放于DIPDIP封裝之中。封裝之中。DIPDIP封裝器件封裝器件可以插入可以插入DIPDIP插座，方便替換，儲存，或從一個印制板轉(zhuǎn)移到插座，方便替換，儲存，或從一個印制板轉(zhuǎn)移到另一個。雖然這些優(yōu)點至今仍非常有用，但相比之下，更有另一個。雖然這些優(yōu)點至今

3、仍非常有用，但相比之下，更有必要發(fā)展表面貼裝技術(shù)，以及將工作電壓由必要發(fā)展表面貼裝技術(shù)，以及將工作電壓由5V5V變?yōu)樽優(yōu)?.3V3.3V。 采用采用DIP封裝的第一代封裝的第一代NV SRAM模塊模塊 第二代第二代NV SRAMNV SRAM模塊采用兩片式方案模塊采用兩片式方案PowerCapPowerCap模塊模塊(PCM)(PCM)，即由直接焊接到印刷板的基座，即由直接焊接到印刷板的基座( (包含包含SRAM)SRAM)，以，以及及PowerCap (PowerCap (也就是鋰電池，通過卡扣固定在基座上也就是鋰電池，通過卡扣固定在基座上) )兩部分組成。與兩部分組成。與DIPDIP模塊相

4、比，這類器件具有兩個主要模塊相比，這類器件具有兩個主要優(yōu)點：它們采用表面貼裝，并且具有標(biāo)準(zhǔn)引腳配置。優(yōu)點：它們采用表面貼裝，并且具有標(biāo)準(zhǔn)引腳配置。換句話說，無論多大容量的換句話說，無論多大容量的NV SRAMNV SRAM，其封裝和引腳數(shù)，其封裝和引腳數(shù)是相同的。因此，設(shè)計人員可以加大系統(tǒng)存儲容量，是相同的。因此，設(shè)計人員可以加大系統(tǒng)存儲容量，而不用必須擔(dān)心需要改變而不用必須擔(dān)心需要改變PCBPCB布局。電池更換起來也很布局。電池更換起來也很容易。容易。采用采用PowerCap模塊封裝的模塊封裝的第二代第二代NV SRAM 三代也就是最新的三代也就是最新的NV SRAMNV SRAM模塊解決先

5、前產(chǎn)品模塊解決先前產(chǎn)品所存在的問題，同時增加了更多功能。所存在的問題，同時增加了更多功能。 這類新型這類新型NV SRAMNV SRAM是單片是單片BGABGA模塊，內(nèi)置可充電模塊，內(nèi)置可充電鋰電池。和鋰電池。和PCMPCM一樣，采用這種封裝形式的所一樣，采用這種封裝形式的所有有SRAMSRAM無論其容量大小，封裝尺寸和引腳配置無論其容量大小，封裝尺寸和引腳配置都是相同的。此類模塊采用表面貼裝，并且是都是相同的。此類模塊采用表面貼裝，并且是單片器件。因此設(shè)計更加堅固可靠，較上一代單片器件。因此設(shè)計更加堅固可靠，較上一代器件可承受更強(qiáng)的機(jī)械震動。由于電池是可充器件可承受更強(qiáng)的機(jī)械震動。由于電池是

6、可充電的，因此數(shù)據(jù)保存時間的概念有了另外一層電的，因此數(shù)據(jù)保存時間的概念有了另外一層含義。用等效使用壽命一詞來描述更為適當(dāng)，含義。用等效使用壽命一詞來描述更為適當(dāng)，此類器件等效使用壽命可高達(dá)此類器件等效使用壽命可高達(dá)200200年年! ! 采用單片式模塊封裝的第采用單片式模塊封裝的第三代三代NV SRAM NV SRAM 非易失性存儲器比較 鐵電存儲器鐵電存儲器磁阻式隨機(jī)存取存儲器 MRAM采用和硬盤類似的材料（鐵鈷鎳基質(zhì)薄膜）和讀寫原理，只是MRAM器件應(yīng)用半導(dǎo)體平面工藝來生產(chǎn)，沒有任何機(jī)械或移動的裝置。目前已有摩托羅拉公司采用類CMOS工藝和銅互連技術(shù)生產(chǎn)出256Kb樣片，讀寫周期小于50

7、納秒。FRAM技術(shù)的核心是集成到芯片中的微小鐵電晶體。鐵電晶體的電極化可由施加在電容兩端的電場變化來實現(xiàn)。芯片內(nèi)的電路能夠感應(yīng)電極化的方向從而判斷01信息。FRAM技術(shù)已經(jīng)存在若干年，但一直應(yīng)用在很狹窄的領(lǐng)域內(nèi)。目前德州儀器公司（TI）和瑞創(chuàng)國際公司 (Ramtron International Corporation)正攜手開發(fā)這一技術(shù)。采用COP技術(shù)（capacitor-on-plug）和標(biāo)準(zhǔn)0.13微米CMOS工藝，TI已經(jīng)成功地生產(chǎn)出了 6? Mb的 FRAM 器件。OUM存儲器是世界頭號半導(dǎo)體芯片廠商英特爾推崇的下一代非易失性、大容量存儲技術(shù)。英特爾和該項技術(shù)的發(fā)明廠商Ovonyx

8、公司一起，正在進(jìn)行技術(shù)完善和可制造性方面的研發(fā)工作。OUM存儲器也可以做在硅晶片襯底上，其關(guān)鍵材料是 可以記錄材料相變的硫化物薄膜。在數(shù)據(jù)讀取速度方面，OUM可以實現(xiàn)與閃存同等水平的高速讀取。在可擦寫次數(shù)方面與FRAM一樣，為10的12次方。讀取方法與MRAM一樣為非破壞型，次數(shù)無限。元件尺寸方面，OUM約為MRAM或FRAM的1/3。耗電方面，OUM可以在2.5V下工作，比其他技術(shù)更優(yōu)異。英特爾已經(jīng)在其生產(chǎn)奔騰芯片的工廠中，用0.18微米CMOS工藝試制出4Mb的OUM樣片。在開發(fā)OUM的同時，英特爾也在發(fā)展一種稱為聚合物鐵電體存儲器（PFRAM）的技術(shù)。 通過單線接口提供器件控制及操作 每

9、個器件具有唯一的工廠光刻ID 通過單總線供電(“寄生電源”) 可掛接多點：單一總線可掛接多個器件 提供額外的ESD保護(hù) 1-Wire存儲器1024位1-Wire EEPROM芯片，由四個存儲器頁組成，每頁256位。數(shù)據(jù)先被寫入一個8字節(jié)暫存器中，經(jīng)校驗無誤后復(fù)制到EEPROM存儲器。四個存儲器頁相互獨立，可以單獨設(shè)置寫保護(hù)DS2431通過一根1-Wire總線進(jìn)行通信。通信采用Dallas Semiconductor標(biāo)準(zhǔn)的1-Wire協(xié)議。15.4kbps或111kbps速率下使用單獨數(shù)字信號與主機(jī)通信。 每個器件都有唯一 的、不能更改的64位ROM地址碼，該地址碼由工廠光刻寫入芯片。在一個多點的1-Wire網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，該地址碼用于對器件進(jìn)行尋址。應(yīng)用: 醫(yī)療傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲 模擬傳感器校準(zhǔn) 墨盒/碳粉打印盒識別 消費類產(chǎn)品的售后管理 1-Wire存儲器DS24311-Wire存儲器DS2431ROM操作命令1) Read ROM2) Match ROM3) Search ROM4) Skip ROM5)