Шумахер У. Полупроводниковая электроника

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 222 из 589 (September 3, 2010, 17:05)
222 5. Датчики
							VDD
					Генератор		Внутреннее
						тактовой	опорное
						частоты	напряжение
S1				350 кГц
		R1
	P	Сигма-дельта		1 бит	КИХ-	4 бит	9 бит
			АЦП				ППЗУ	ЦАП	ФНЧ	Выход
					фильтр
			2-го порядка

	S2
	R2			sclk
	Температурная	Матрица поликремниевых плавких перемычек	Тестовый
				d_in
	компенсация	Цифровое управление	интерфейс
				d_out
		GND

Рис. 5.28. Тракт сигнала датчика давления с аналоговым выходом.

С целью такой калибровки производитель проводит измерения при различных давлениях и температурах. На основе проведённых измерений определяются параметры каждого датчика, которые затем сам прибор использует в процессе функционирования для «расчёта» выходного напряжения, связанного с измеренным давлением.

Это осуществляется либо подсоединением ёмкостей к схеме (например, для компенсации сдвига или температурной зависимости) или в случае линеаризации характеристики за счёт обращения к табличным данным. Параметры, необходимые для данной процедуры, определённые в результате калибровки, записываются в чип через цифровой интерфейс и хранятся в ППЗУ датчика. После того как данные были записаны в ППЗУ, тестовые параметры для анализа датчика также могут быть введены через этот интерфейс.

Архитектура чипа KP 120 аналогична архитектуре датчика KP 100, предназначенного для контроля боковой подушки безопасности (Рис. 5.28). И вновь ячейки датчика, работающие на ёмкостном принципе (ёмкость CS), соединяются по мостовой схеме вместе с опорными ёмкостями, нечувствительными к давлению (CR). При приложении напряжения Vref возникает заряд (CS – CR)·Vref на входе сигма-дельта-преобразова- теля.

Для компенсации сдвига и температурных зависимостей сдвига и чувствительности, в нижнюю часть схемы вводятся конденсаторы (на рисунке не показаны). Изменения заряда (как суммы зарядов, приходящих вместе к узлу схемы), преобразуются в

4-битные цифровые сигналы с помощью сигма-дельта-модулятора и последующего фильтра децимации. Этот сигнал корректируется по сдвигу и является уже температурно компенсированным. С помощью параметров из таблицы линеаризации, хранящихся в ППЗУ, генерируется программируемая характеристика, и, наконец, поток данных преобразуется в аналоговый сигнал.

Конструктивно ППЗУ датчика состоит из так называемых полостных плавких перемычек (Рис. 5.29). Они представляют собой

Полость

Поли-

кремний 2

Поли-

кремний 1

Рис. 5.29. Фотография полостного предохранителя.

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 223 из 589 (September 3, 2010, 17:05)

поликремниевые проводящие дорожки, проходящие через закрытые полости. Эти полостные плавкие перемычки содержат суженную область и в значительной степени термоизолированы в полости. Короткого токового импульса (как правило, 50 мА, 10 мс) достаточно для плавления предохранителя и, таким образом, для изменения битового состояния. В отличие от обычной лазерной подгонки такая малая мощность позволяет программировать датчики прямо через выводы даже после того, как они были собраны в корпусе. В свою очередь, это обеспечивает увеличение точности прибора, поскольку сборка обычно приводит к малым, но ощутимым изменениям рабочей характеристики. Другим дополнительным преимуществом данного типа ЗУ по сравнению со стандартными СППЗУ является высокая надёжность и теплостойкость.

кПа][±	3.0					KP 120
погрешность	3.5
	2.5					KP 120 Exxxx
	2.0
Температурная	1.5
	1.0
	0.5
	0.0
	–60	–40	–20	0	20	40	60	80	100	120	140

Температура [°С]

Рис. 5.30. Кривая температурной погрешности KP 120.

Серия датчиков KP 120 обладает особенно высокой точностью (Рис. 5.30). Их ха-

5.3. Датчики давления 223

рактеристическая кривая может быть запрограммирована на диапазон 40…115 кПа (0.4…1.15 бар). Они монтируются в тот же самый корпус, что и KP 110, и могут работать при температуре вплоть до +125°С.

5.3.3.Пьезорезистивный датчик давления в SMD-корпусе (KP 200)

Вдешёвом SMD-корпусе предлагаются также пьезорезистивные датчики давления, хорошо показавшие себя в наиболее требовательных промышленных применениях.

Вотличие от ёмкостных датчиков, пьезорезистивные датчики давления выдают большой первичный сигнал. Пьезорезистивный эффект (изменение электрического сопротивления вследствие механического напряжения) сильно проявляется в кремнии. В связи с этим он используется в большинстве современных полупроводниковых датчиков давления. Физические свойства монокристаллического кремния дают существенное преимущество, поскольку этот материал не обладает усталостью вплоть до точки раскалывания. Благодаря своей точности и долговременной стабильности датчики давления данного типа (серия KPY компании Infineon) используются, в основном, в промышленной метрологии.

Вотличие от поверхностной микромеханики, в случае объёмной микромеханики пластина Si протравливается с тыльной стороны (Рис. 5.31). В результате формируются мембраны монокристаллического кремния.

Взависимости от диапазона давлений, чувствительности и сопротивления раскалыванию оптимизируется выбор толщины и диаметра мембраны. В типичном случае мемб-

Полость выравнивания

Алюминиевые контактные проволочки

давления в обратной

части корпуса

Газофазный нитрид

Металлизация

Нитрид кремния

Оксид кремния

Имплантированные резисторы

Кремниевый эпитаксиальный слой мембраны

Кремниевая подложка

Металлический контактный слой

Кремниевая прокладка

Припой Au-Sn

Металлическое основание

Рис. 5.31. Конструкция пьезорезистивного датчика давления.

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 224 из 589 (September 3, 2010, 17:05)

224 5. Датчики

раны имеют толщину 20 мкм при диаметре			Датчик KP 200 является наиболее дешё-
1.5 мм. Под давлением мембрана слегка из-		вым		вариантом прецизионных				датчиков
гибается. Пьезорезисторы,	встроенные в	давления с большой долговременной ста-
мембрану, чувствуют механическое напря-		бильностью и предназначен для массового
жение, что приводит к изменению сопро-		производства и экономичных применений.
тивления. Резисторы формируют с помо-		Целевой рынок таких приборов включает в
щью стандартной биполярной технологии,		себя товары бытовой техники, например
при этом для защиты от влияния окружаю-		пылесосы (контроль тяги) и стиральные ма-
щей среды (например, электрических заря-		шины (контроль уровня воды).
дов) на них наносятся пассивирующие слои.
Мост Уитстона из четырёх пьезорезисторов		5.4. Датчики температуры
выдаёт линейный выходной сигнал. При			Как альтернатива металлическим резис-
номинальном давлении и напряжении ис-
точника питания 5 В типичный выходной		торам из никеля и платины широко исполь-
сигнал имеет амплитуду 100…200 мВ.		зуются и кремниевые датчики температуры.
Во избежание нежелательного влияния		Они более дёшевы, обеспечивают более вы-
корпуса детекторный чип монтируется на		сокую чувствительность, а по допускам и
чипе подложки с герметичным уплотнени-		воспроизводимости				характеристик близко
ем по технологии сцепления подложек с ис-		подходят к металлическим датчикам темпе-
пользованием Au/Si. Это позволяет под-		ратуры.
держивать погрешности, возникающие за			Чип так называемого термистора очень
счёт изменения температуры и из-за гисте-		прост и, по сути, состоит из кристалла, об-
резиса, на низком уровне. Для изготовле-		лучённого нейтронами кремния, с двумя
ния датчиков относительного давления в		контактами. Базовый					материал	получают
подложке чипа вытравливается окно таким		облучением в реакторе нейтронами, что
образом, чтобы можно было детектировать		приводит к трансформации части атомов
разность давлений с нижней и верхней сто-		кремния в атомы фосфора. Этот процесс за-
рон мембраны. В датчиках абсолютного		даёт		определённый		уровень легирования
давления давление окружающей среды из-		донорной примесью фосфора. Сопротивле-
меряется по сравнению с внутренним опор-		ние		облучённого		нейтронами		кремния
ным вакуумом.		обеспечивает			хорошо		воспроизводимую
Новая особенность датчика KP 200 — его		температурную характеристику, что ис-
сборка в корпусе типа P-DSOF-8. Оптими-		пользуется в базовой серии датчиков типа
зированная сборка с использованием спе-		KTY. Кремниевый датчик обладает следую-
циальных силиконовых клеев является эко-		щими характеристиками:
номичной и предохраняет от потери качест-		диапазон температур от –50 до +150°С;
ва. Для защиты от механической нагрузки		сопротивление при +25°С — 2 кОм ?2%;
на выводные проволочки датчик покрыва-			долговременная стабильность ?0.2%;
ется гелем. Кроме того, температурно чув-			отношение сопротивлений
ствительный резистор, интегрированный в			R(105°C)/R(25°C) = 1.67 ?1.2%.
корпус, обеспечивает очень простую темпе-			В пределах группы с допуском сопротив-
ратурную компенсацию с погрешностью в		ления ?2% с помощью измерений могут
несколько процентов. С этой целью датчик		быть выделены и поставлены подгруппы
включается в схему с двумя резисторами.		приборов с допуском ?0.5%, что обеспечи-
Если сопротивление резисторов имеет фик-		вает погрешность измерений в 1°С без не-
сированную величину (как это требуется		обходимости проведения дополнительных
для автоматизированной сборки), то можно		проверок компонентов.
добиться погрешности около 2% в диапазо-			Зависимость		величины сопротивления
не температур –20…+60°С. Величина со-		от направления протекания тока, часто вы-
противления компенсирующих резисторов		зывающая проблемы с полупроводниковы-
может быть подобрана в соответствии с ин-		ми датчиками температуры, с помощью
дивидуальными температурными характе-		технологических мер была сведена к допус-
ристиками датчика, что	дополнительно	ку менее 2 Ом.
улучшает его температурную компенсацию.			Таким образом, если необходимо изме-
		рять температуру в широком диапазоне с

точностью в несколько десятых долей градуса, то серия кремниевых датчиков типа KTY является экономичным решением. Элементы датчиков изготавливают в различных типах корпусов (от KTY10 до KTY16), и они делятся на группы в зависимости от величины сопротивления (от KTY10-3 до KTY10-9). Из-за производственного разброса значение номинального сопротивления может изменяться примерно на ±30 Ом при среднем значении 2000 Ом. Могут быть осуществлены поставки датчиков с номиналом допусков 0.5, 1, 2, 5 и 10% при температуре +25°С.

На Рис. 5.32 показана типичная температурная характеристика датчика KTY10-6.

Примеры применений датчиков температуры будут приведены в главе 9.

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 225 из 589 (September 3, 2010, 17:05)

5.4. Датчики температуры 225

4.0

[кОм]	3.0
T
R
	2.0

1.0
–50	0	50	100	150

ϑ [°С]

Рис. 5.32. Типичная характеристика датчика KTY10-6.

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 226 из 589 (September 3, 2010, 17:05)

226. ПАМЯТЬ6. Память

Устройства памяти (запоминающие устройства, устройства хранения данных) предназначены для того, чтобы хранить данные в течение более или менее длительного периода времени. Впечатляющие технологические достижения, позволившие, в первую очередь, значительно сократить затраты на производство запоминающих устройств и снизить розничную цену на них, обеспечили условия для их триумфального шествия на рынке электроники. Сегодня они, так или иначе, применяются практически во всех сферах повседневной жизни.

Существует четыре основные области, в которых используются различные типы запоминающих устройств:

процессоры (в некоторых случаях —

с внутренней кэш-памятью);

внешняя кэш-память (SRAM, обычно её объём составляет несколько Кбайт);

основная память (DRAM, обычно её объём измеряется в мегабайтах);

жёсткий диск (обычно его информационная ёмкость измеряется в гигабайтах).

6.1. Типы запоминающих устройств

Классификация устройств хранения данных определяется их назначением либо основана на принципе действия и технологии производства этих устройств (см. Рис. 6.1).

Устройства

хранения

данных

Энергонезависимые

Энергозависимые

Механические

Магнитные

Оптические

Полупроводниковые

Полупроводниковые

энергонезависимые

энергозависимые

Грам-

С записью

на магнитной

CDROM

ROM

SRAM

DRAM

пластинка

ленте

Перфокарты

Жёсткий

CD-RW

EPROM

FPM с быстрым

EDO

диск

постраничным

с расширенным

доступом

выводом данных

...

...

CR-R

Флэш

SDRAM

SGRAM

Синхронная

Синхронная

графическая

FRAM

DRAM

DRAM

DVD

ферромагнитное

ОЗУ

EDRAM

RDRAM

...

...

Rambus

встраиваемая

DRAM

DDR SDRAM

с двойной скоростью

передачи данных,

тип 1, 2 и 3

Рис. 6.1. Общая классификация устройств хранения данных.

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 227 из 589 (September 3, 2010, 17:05)

6.1. Типы запоминающих устройств 227

	Прежде всего, запоминающие устрой-	6.1.3. Оптические устройства хранения
	ства делятся на энергозависимые и энерго-	данных
	независимые: первые не сохраняют запи-	Данная	энергонезависимая				технология
	санную в них информацию при отключе-
		используется исключительно для долговре-
	нии питания, тогда как вторые способны
		менного хранения информации. Как пра-
	хранить данные и при отсутствии питания.
		вило, такое устройство представляет собой
	6.1.1. Механическая память	диск, поверхность которого сканируется ла-
	Первые запоминающие устройства были	зерным лучом. Диски могут быть много-
		кратно перезаписываемыми (CD-RW), с
	механическими и использовались в основ-	возможностью однократной записи (CD-R)
	ном для сохранения информации о конфи-	или же содержать информацию, которая за-
	гурации оборудования или для управления	писывается на них ещё на этапе производ-
	последовательностью тех или иных опера-	ства (CD-ROM). В настоящее время повсе-
	ций. Примером механического аналогово-	местное распространение				получили DVD
	го устройства хранения данных является	(Digital Versatile Disk — цифровой универ-
	грампластинка. Подобные устройства уже	сальный диск), вследствие чего устройства
	давным-давно не используются в цифровых	хранения данных на магнитной ленте
	технологиях, уступив своё место устрой-	(стриммеры) практически перестали ис-
	ствам памяти, работа которых базируется на	пользоваться		для	хранения		гигабайтных
	совершенно иных принципах.	объёмов данных. Существуют также гиб-
	6.1.2. Магнитные устройства хранения	ридные магнитно-оптические					устройства
		хранения данных. Как недостатки, так и до-
	данных
		стоинства «гибридов» в основном те же, что
	Это энергонезависимые устройства,	и у магнитных устройств хранения данных.
	предназначенные для длительного хране-	6.1.4. Полупроводниковые устройства
	ния данных. Обычно такое устройство со-
		хранения данных (микросхемы
	стоит из приводного механизма (привода) и
		памяти)
	движущегося магнитного носителя, кото-
	рый может либо постоянно находиться в	Это название объединяет как различные
	контакте с приводом (как, например, в жёс-	устройства, предназначенные для долговре-
	тком диске), либо быть сменным (дискеты,	менного хранения информации (постоян-
	магнитные ленты и т.п.). Для чтения/запи-	ные запоминающие устройства, или ПЗУ),
	си данных используется специальная маг-	так и различные виды программируе-
	нитная головка. В дисковом устройстве па-	мой/перезаписываемой полупроводнико-
	мяти эта головка подвижна, за счёт чего	вой памяти. Последняя бывает как энерго-
	обеспечивается относительно малое время	независимой, так и энергозависимой, и
	доступа к любой области носителя и, соот-	производится		в	различных		вариантах
	ветственно, к любой области массива дан-	(DRAM, SRAM, EPROM, флэш-память и
	ных. В системах с ленточным носителем	т.д.). Расшифровка соответствующих аб-
	магнитная лента движется вдоль неподвиж-	бревиатур приведена в Глоссарии (см. главу
	ной головки, поэтому время доступа к мас-	16). Основными достоинствами полупро-
	сиву данных очень велико. Основными не-	водниковой памяти являются малое, а для
	достатками устройств хранения данных, ис-	некоторых типов памяти и предельно малое
	пользующих магнитный носитель, являют-	время доступа к данным, миниатюрность
	ся слишком малая, по сравнению со скоро-	микросхем памяти и небольшое энергопот-
	стью работы процессора, скорость доступа	ребление.	Немаловажным			достоинством
	к данным и наличие в них движущихся ме-	является и высокая устойчивость к воздейс-
	ханических частей, что повышает риск воз-	твию внешних факторов: полупроводнико-
	никновения неисправностей. К важней-	вые микросхемы памяти практически не
	шим их достоинствам следует отнести де-	подвержены износу, поскольку не содержат
	шевизну и энергонезависимость.	движущихся частей, и могут выдерживать

значительные ускорения и вибрации без потери работоспособности. Основным недостатком подобных устройств является от-

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 228 из 589 (September 3, 2010, 17:05)

228 6. Память

	носительно высокая удельная		стоимость	ройства с произвольным доступом (Random
	сохраняемой информации.			Access Memory — RAM). Это означает, что
	Далее в этой главе мы подробно обсудим			обращение может осуществляться к любой,
	различные аспекты технологии DRAM.			выбранной произвольным образом, ячейке
				памяти. Альтернативный подход реализо-
	6.2. Принцип работы и область			ван в устройствах так называемой последо-
	применения DRAM			вательной памяти, в которой обращение к
	В компьютерной схемотехнике одними			ячейке с адресом n может производиться
				лишь после обращения к предшествующим
	из наиболее часто используемых запомина-			ей (n – 1) ячейкам.
	ющих устройств являются микросхемы, из-			SRAM — это статическая память. То
	готовленные по технологии DRAM. Причи-			есть, данные в ячейке памяти хранятся до
	на заключается в относительно низкой, по			тех пор, пока они не будут заменены новы-
	сравнению с полупроводниковой памятью			ми или не будет отключено питание. Если
	других типов, удельной стоимостью хране-			речь идёт только о хранении данных, то в
	ния бита данных, миниатюрности корпуса			этом режиме ток, потребляемый микросхе-
	и высокой скорости доступа к ячейкам па-			мой памяти, чрезвычайно мал, поскольку
	мяти.			чтобы поддерживать изготовленную по
	Единственным их конкурентом с точки			КМОП-технологии триггерную схему в том
	зрения удельной стоимости хранения дан-			или ином устойчивом состоянии, практи-
	ных и объёма сохраняемой информации яв-			чески не требуется энергии. Ток потребле-
	ляются жёсткие диски. Однако жёсткие			ния увеличивается лишь при обращении к
	диски содержат механические движущиеся			какой-либо ячейке памяти. Процедура об-
	части, поэтому они значительно уступают			мена данными с такой микросхемой пре-
	микросхемам памяти DRAM по скорости			дельно проста. Если нужно получить доступ
	доступа к данным. По этой причине жёст-			к некоторой ячейке памяти, то выборка
	кие диски в основном применяются в ка-			требуемых адресов строки и столбца произ-
	честве устройств долговременного хране-			водится одновременно.
	ния программ и данных.			DRAM — это динамическая память. Тер-
	Микросхемы	статической	памяти	мин «динамическая» характеризует способ
	(SRAM) обеспечивают более высокое быст-			хранения данных в ячейке такой памяти.
	родействие, чем DRAM. Однако произ-			В то время как ячейка статической памяти
	водство устройств SRAM требует больших			SRAM построена на основе триггера, кото-
	затрат, что увеличивает удельную стоимость			рый (при наличии напряжения питания)
	хранения бита данных; кроме того, инфор-			может сохранять своё состояние сколь угод-
	мационная ёмкость микросхем SRAM ока-			но долго, в DRAM для хранения данных ис-
	зывается ниже, поэтому для получения того			пользуется конденсатор, который характе-
	же объёма памяти, что и у микросхем			ризуется определённой величиной утечки
	DRAM, приходится использовать корпуса			заряда. Период времени, в течение которо-
	б=ольших размеров. По информационной			го ячейка DRAM может хранить данные,
	ёмкости устройства SRAM всегда отстают			обычно не превышает одной секунды. Для
	от DRAM, как минимум, на одно поколе-			того чтобы не потерять данные, их следует
	ние. Поэтому по объёму доступной памяти			периодически восстанавливать (регенери-
	современные микросхемы DRAM значи-			ровать). Однако несмотря на наличие слож-
	тельно превосходят наиболее быстродей-			ного механизма регенерации данных, гео-
	ствующие микросхемы SRAM. Однако па-			метрические размеры микросхемы DRAM
	мять SRAM по-прежнему широко исполь-			меньше, чем размеры микросхемы SRAM,
	зуется, в первую очередь, в качестве кэш-			поскольку матрица DRAM состоит из очень
	памяти (быстродействующего буфера) меж-			маленьких однотранзисторных ячеек памя-
	ду процессором и основной памятью			ти. Таким образом, габариты микросхем
	DRAM.			DRAM и их стоимость оказываются ниже, а
	6.2.1. Чем SRAM отличается от DRAM?			область применения — шире, чем у микро-
				схем SRAM.
	Как DRAM, так и SRAM представляют			Впрочем, главную роль в снижении габа-
	собой оперативные запоминающие уст-			ритов корпуса микросхем DRAM играет не

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 229 из 589 (September 3, 2010, 17:05)

6.2. Принцип работы и область применения DRAM 229

гораздо меньший, по сравнению с SRAM, геометрический размер ячеек памяти, а использование при их адресации мультиплексированной адресной шины. Обращение к ячейке памяти в микросхемах DRAM осуществляется в два этапа: сначала выбирается строка матрицы ячеек, а затем столбец. Адрес строки и адрес столбца поступают на адресную шину микросхемы последовательно по времени (т.е. осуществляется их временное мультиплексирование). Поэтому при одинаковом объёме памяти микросхемы DRAM используют в два раза меньше адресных линий, чем микросхемы SRAM (в которых, как мы помним, выбор адреса строки и адреса столбца производится одновременно).

Структура ячеек DRAM отличается простотой, что позволяет размещать на кристалле большое количество таких ячеек. Благодаря этому микросхемы данного типа очень удобно использовать при проверке и внедрении новых полупроводниковых технологий. Определяя в ходе тестирования общее количество работоспособных ячеек памяти на кристалле, можно вполне адекватно оценивать качественные показатели производственного процесса. Впрочем, характеристики КМОП-транзисторов, требуемые для устройств DRAM и для логических схем, сильно различаются. Поэтому в настоящее время технология DRAM уже не рассматривается в качестве передовой технологии, на основе которой может быть реализовано производство КМОП-микро- схем других типов.

6.2.2. Виды памяти DRAM

Классификация микросхем DRAM осуществляется на основе нескольких различных критериев.

Объём памяти

В зависимости от существующих на данный момент технологий производства микросхемы DRAM классифицируются по объёму памяти, доступной для хранения данных, например 256 Мбит, 512 Мбит, 1 Гбит.

Организация ввода/вывода данных

Ввод/вывод данных может быть организован как 1, 4, 8, 9, 16, 18 или 32. При этом для памяти объёмом 512 Мбит с организацией 4 (читается: на 4) четверть

из 536 870 912 ячеек памяти подключены к одному из четырёх входов/выходов (128М 4). Для памяти с организацией 16 (32М 16) шестнадцать блоков памяти объёмом по 32 Мбит получают данные по 16 линиям ввода/вывода.

Время доступа

Данный параметр представляет собой интервал времени с момента активации микросхемы для обращения к произвольной ячейке памяти до момента появления данных на соответствующем выходе микросхемы (иногда его называют также временем обращения к памяти). С появлением каждого нового поколения микросхем памяти, благодаря уменьшению размеров кристалла становится возможным обеспечивать всё меньшие значения времени доступа. Некогда для микросхем с объёмом памяти 256 Кбайт время доступа составляло 120 нс, для поколения микросхем с объёмом

памяти	16 Мбайт оно	уменьшилось до
60 нс,	а микросхемы с	объёмом памяти

256 Мбайт обеспечивают время доступа менее 30 нс. За счёт тех или иных усовершенствований в технологии производства и схемотехнике некоторые отдельные представители каждого из поколений микросхем памяти демонстрировали скорость доступа, значительно превышавшую типовые показатели. Тем не менее, вследствие нестабильности технологических параметров, всегда существует разброс времени доступа микросхем, по которому они подразделяются на быстрые, стандартные и медленные.

Напряжение питания и диапазон допустимых напряжений ввода/вывода

В последние несколько лет, с внедрением новых технологий производства полупроводниковых структур, удалось добиться поистине беспрецедентного уменьшения их размеров. В связи с этим при разработке микросхем памяти существует тенденция к постоянному снижению напряжения питания. На смену стандарту TTL (+5 В) пришёл низковольтный (+3.3 В) стандарт LVTTL, а затем появились сверхнизковольтные (+2.5 В и +1.8 В) стандарты SSTL. Благодаря использованию пониженного напряжения питания и применению новых требований к организации интерфейсов, удалось значительно сократить потери энергии в процессе ввода/вывода данных.

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 230 из 589 (September 3, 2010, 17:05)

230 6. Память

	Интерфейсы DRAM						ные производителем, публикуются в виде
	В течение многих лет стандартным был						специального документа — так называемой
							спецификации	(data sheet) электронного
	асинхронный доступ к памяти. Его разви-
							компонента.
	тием явились режим быстрого постранич-
							Этот документ является хорошим под-
	ного доступа (FPM) и режим расширенного
							спорьем при разработке схем, в которых
	(во времени) вывода данных (EDO). C сере-
							данный компонент будет корректно функ-
	дины 1990-х годов началось активное ис-
							ционировать при условиях, указанных в
	пользование			синхронных		интерфейсов.
							спецификации; в то же время можно быть
	В настоящее			время SDRAM		(синхронная
							уверенным в том, что характеристики ком-
	DRAM) используется очень широко. С по-
							понента соответствуют приведённым в спе-
	явлением микросхем DDR SDRAM с удво-
							цификации.
	енной скоростью передачи					данных (т.е.
							В условиях высокой конкуренции на ми-
	обеспечивающих в два раза больший объём
							ровом рынке	запоминающих	устройств
	передаваемых данных при сохранении той
							очень важно, чтобы спецификации на мик-
	же тактовой частоты) микросхемы SDRAM
							росхемы DRAM были, насколько это толь-
	первых	поколений стали соответственно
							ко возможно, стандартизированы. Благода-
	именоваться SDR DRAM (Single Data Ra-
							ря этому пользователи могут в		процессе
	te — с обычной скоростью передачи). Со-
							приобретения	электронных компонентов
	гласно стандарту JEDEC микросхемы DDR
							сравнивать продукцию от различных про-
	DRAM подразделяются на три различных
							изводителей и в значительной степени обе-
	поколения: DDR1, DDR2 и DDR3. Мини-
							зопасить себя от проблем, связанных с от-
	мальная		скорость передачи			данных для
							сутствием в продаже тех или иных микро-
	каждого из указанных поколений по срав-
							схем. Для производителя важнейшая задача
	нению	с	предшествующим			удваивалась
							при разработке микросхемы памяти состо-
	(200, 400 и 800 Мбит/с на один вывод). На-
							ит в приведении её характеристик в соот-
	ряду с этим было выпущено несколько по-
							ветствие с техническими требованиями.
	колений		микросхем		с	интерфейсом
							Как правило, даже если некий производи-
	Rambus; впрочем, объём их производства
							тель выпускает в продажу усовершенство-
	был невелик, поэтому их появление не ока-
							ванную версию микросхемы, но при этом
	зало сколько-нибудь значительного влия-
							«не укладывается в рамки» спецификации,
	ния на развитие рынка запоминающих уст-
							он с большим трудом может найти соот-
	ройств.
							ветствующую	нишу на потребительском
	Специализированные микросхемы DRAM						рынке. Поэтому новые разработки микро-
	Кроме перечисленных выше стандарт-						схем памяти обычно проводятся в сотруд-
							ничестве с международными институтами
	ных микросхем DRAM, производились так-						стандартов, например JEDEC, или в рамках
	же специализированные					микросхемы,	двухсторонних или трёхсторонних коопера-
	представлявшие собой микросхемы с типо-						тивных соглашений между производителя-
	вым объёмом памяти, но имевшие допол-						ми микросхем памяти.
	нительные функциональные возможности.
	В качестве примера можно упомянуть мик-						6.2.4. Механическая конструкция
	росхемы графической DRAM, оптимизиро-						микросхем памяти DRAM
	ванные	с	точки зрения		скорости обмена		Микросхемы DRAM поставляются в раз-
	данными в устройствах обработки графи-
							личных корпусах. Корпуса DIP (Dual-In-
	ческой информации (видеоконтроллерах),
							line Package) и ZIP (Zigzag-In-line Package)
	и запоминающие устройства с пониженным
							относятся к устаревшим и в настоящее вре-
	энергопотреблением, предназначенные для
							мя заменены корпусами для поверхностно-
	использования в мобильной аппаратуре.
							го монтажа (Surface Mounted Device —
	6.2.3. Спецификация						SMD). Микросхемы с объёмом памяти
	Для того чтобы потребитель мог убедить-						1 Мбит и 4 Мбит выпускались в малогаба-
							ритном корпусе с J-образными выводами
	ся, что приобретённый им компонент явля-						SOJ (Small Outline J). В настоящее время
	ется именно тем, который ему требуется,						широко используются тонкие малогабарит-

характеристики продукции, гарантирован-

INFSEMI_2-Text.fm, стр. 231 из 589 (September 3, 2010, 17:05)

6.2. Принцип работы и область применения DRAM 231

VDD	VDD	VDD	1	66	VSS	VSS	VSS
N.C.	DQ0	DQ0	2	65	DQ15	DQ7	N.C.
VDDQ	VDDQ	VDDQ	3	64	VSSQ	VSSQ	VSSQ
N.C.	N.C.	DQ1	4	63	DQ14	N.C.	N.C.
DQ0	DQ1	DQ2	5	62	DQ13	DQ6	DQ3
VSSQ	VSSQ	VSSQ	6	61	VDDQ	VDDQ	VDDQ
N.C.	N.C.	DQ3	7	60	DQ12	N.C.	N.C.
N.C.	DQ2	DQ4	8	59	DQ11	DQ5	N.C.
VDDQ	VDDQ	VDDQ	9	58	VSSQ	VSSQ	VSSQ
N.C.	N.C.	DQ5	10	57	DQ10	N.C.	N.C.
DQ1	DQ3	DQ6	11	56	DQ9	DQ4	DQ2
VSSQ	VSSQ	VSSQ	12	55	VDDQ	VDDQ	VDDQ
N.C.	N.C.	DQ7	13	54	DQ8	N.C.	N.C.
N.C.	N.C.	N.C.	14	53	N.C.	N.C.	N.C.
VDDQ	VDDQ	VDDQ	15	52	VSSQ	VSSQ	VSSQ
N.C.	N.C.	LDQS	16	51	UDQS	DQS	DQS
N.C.	N.C.	N.C.	17	50	N.C.	N.C.	N.C.
VDD	VDD	VDD	18	49	VREF	VREF	VREF
N.C.	N.C.	N.C.	19	48	VSS	VSS	VSS
N.C.	N.C.	LDM	20	47	UDM	DM	DM
__	__	__			__	__	__
WE	WE	WE	21	46	CK	CK	CK
___	___	___
CAS	CAS	CAS	22	45	CK	CK	CK
___	___	___
RAS	RAS	RAS	23	44	CKE	CKE	CKE
__	__	__
CS	CS	CS	24	43	N.C.	N.C.	N.C.
N.C.	N.C.	N.C.	25	42	A12	A12	A12
BA0	BA0	BA0	26	41	A11	A11	A11
BA1	BA1	BA1	27	40	A9	A9	A9
A10/AP	A10/AP	A10/AP	28	39	A8	A8	A8
A0	A0	A0	29	38	A7	A7	A7
A1	A1	A1	30	37	A6	A6	A6
A2	A2	A2	31	36	A5	A5	A5
A3	A3	A3	32	35	A4	A4	A4
VDD	VDD	VDD	33	34	VSS	VSS	VSS

32 Mбит × 16

64 Mбит × 8

128 Mбит × 4 Примечание. N.C. — вывод не подключен

Рис. 6.2. Корпус TSOPII-66 микросхемы DDR SDRAM с объёмом памяти 512 Мбит.

Таблица 6.1. Назначение выводов корпуса TSOP для DDR SDRAM

Вывод	Описание	Вывод	Описание
VDD	Положительное напряжение питания	RAS, CAS,	Сигналы шины управления
		WE	памятью
VSS	Отрицательное напряжение питания, обычно	BAn	Адрес банка
	обозначается на схемах как земля (GND)
VDDQ	Напряжение питания выходных драйверов	An	Сигнал адреса
VSSQ	(Q = Query, запрос чтения данных)
CK	Тактовый сигнал	DQn	Вход/выход данных
			(Data&Query)
CKE	Вывод разрешения тактового сигнала	DMn	Сигнал маскирования
			данных
CS	Сигнал выбора кристалла	DQSn	Тактовый сигнал данных
			(DQ Strobe)