Программируемое ПЗУ

Программируемое постоянное запоминающее устройство ( ППЗУ ) — это форма цифровой памяти, содержимое которой можно изменить один раз после изготовления устройства. В этом случае данные являются постоянными и не могут быть изменены. Это один из типов постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). PROM используются в цифровых электронных устройствах для хранения постоянных данных, обычно программ низкого уровня, таких как встроенное ПО или микрокод . Ключевое отличие от стандартного ПЗУ заключается в том, что данные записываются в ПЗУ во время производства, а в ПЗУ данные программируются в них после изготовления. Таким образом, ПЗУ, как правило, используются только для крупных производственных циклов с хорошо проверенными данными. PROM могут использоваться там, где требуемый объем не делает ПЗУ, запрограммированное на заводе, экономичным, или во время разработки системы, которая в конечном итоге может быть преобразована в ПЗУ в версии для массового производства.

PROM изготавливаются в чистом виде и, в зависимости от технологии, могут быть запрограммированы на пластине, финальном тестировании или в системе. Пустые чипы PROM программируются путем их подключения к устройству, называемому программатором PROM . Компании могут иметь на складе запас пустых PROM и программировать их в последнюю минуту, чтобы избежать больших объемов поставок. Эти типы памяти часто используются в микроконтроллерах , игровых консолях , мобильных телефонах, метках радиочастотной идентификации ( RFID ), имплантируемых медицинских устройствах, мультимедийных интерфейсах высокой четкости ( HDMI ) и во многих других продуктах бытовой и автомобильной электроники. Типичное устройство PROM состоит из массива ячеек памяти, каждая из которых состоит из биполярного транзистора , подключенного к предохранителю , называемому полипредохранителем, в эмиттере транзистора. Программатор PROM используется для продувки полифьюза, программирования PROM. ^[1]

История

PROM был изобретен в 1956 году Вэнь Цин Чоу , работавшим в подразделении Arma американской корпорации Bosch Arma в Гарден-Сити , Нью-Йорк . ^[2]^[3] Изобретение было задумано по запросу ВВС США с целью найти более гибкий и безопасный способ хранения констант наведения в бортовом цифровом компьютере межконтинентальной баллистической ракеты Atlas E/F . Патент и связанная с ним технология хранились в секрете в течение нескольких лет, в то время как Atlas E/F была основной боевой ракетой сил межконтинентальных баллистических ракет США. Термин «сжигание» , относящийся к процессу программирования PROM, также присутствует в оригинальном патенте, поскольку одна из первоначальных реализаций заключалась в буквальном сжигании внутренних усов диодов при перегрузке по току для создания разрыва цепи. Первые программирующие машины PROM также были разработаны инженерами Arma под руководством Чоу и располагались в лаборатории Arma Garden City и штаб-квартире Стратегического авиационного командования (SAC) ВВС.

Одноразовая программируемая память

Память OTP (однократно программируемая) — это особый тип энергонезависимой памяти (NVM), который позволяет записывать данные в память только один раз. После программирования памяти она сохраняет свое значение при отключении питания (т. е. является энергонезависимой). Память OTP используется в приложениях, где требуется надежное и повторяемое считывание данных. Примеры включают загрузочный код, ключи шифрования и параметры конфигурации аналоговых схем, схем датчиков или дисплеев. OTP NVM отличается от других типов NVM, таких как eFuse или EEPROM, тем, что предлагает структуру памяти с низким энергопотреблением и небольшой площадью. Таким образом, память OTP находит применение в продуктах, от микропроцессоров и драйверов дисплеев до микросхем управления питанием (PMIC).

Коммерчески доступные полупроводниковые массивы памяти OTP на основе antifuse существуют по крайней мере с 1969 года, при этом первоначальные битовые ячейки antifuse зависели от перегорания конденсатора между пересекающимися проводящими линиями. В 1979 году компания Texas Instruments разработала предохранитель от пробоя оксида МОП-затвора . ^[4] В 1982 году был представлен МОП-антипредохранитель с двумя затворами и двумя транзисторами (2Т). ^[5] Ранние технологии разрушения оксидов имели множество проблем с масштабированием, программированием, размером и производством, которые препятствовали массовому производству устройств памяти на основе этих технологий.

В другой форме устройства одноразовой программируемой памяти используется тот же полупроводниковый чип, что и в УФ- СППЗУ , но готовое устройство помещается в непрозрачный корпус вместо дорогого керамического корпуса с прозрачным кварцем. окно, необходимое для стирания. Эти устройства программируются теми же методами, что и детали UV EPROM, но стоят дешевле. Встроенные контроллеры могут быть доступны как в стираемом на месте, так и в одноразовом исполнении, что позволяет сэкономить средства при массовом производстве без затрат и времени на изготовление чипов ПЗУ с маской, запрограммированных на заводе. ^[6]

Хотя PROM на основе antifuse был доступен на протяжении десятилетий, он не был доступен в стандартной CMOS до 2001 года, когда Kilopass Technology Inc. запатентовала технологии битовых ячеек 1T, 2T и 3,5T с использованием стандартного процесса CMOS, что позволило интегрировать PROM в логику. КМОП-чипы. Первый технологический узел antifuse может быть реализован в стандартном КМОП 0,18 мкм. Поскольку пробой оксида затвора меньше, чем пробой перехода, для создания элемента программирования antifuse не потребовалось специальных этапов диффузии. В 2005 году появилось двухканальное противопредохранительное устройство. ^[7] был представлен компанией Sidense. Эта битовая ячейка с разделенным каналом объединяет толстые (IO) и тонкие (затвор) оксидные устройства в один транзистор (1T) с общим поликремниевым затвором.

Программирование

Типичное PROM имеет все биты, читаемые как «1». Сжигание бита предохранителя во время программирования приводит к тому, что бит считывается как «0» из-за «перегорания» предохранителей, что является необратимым процессом. Некоторые устройства можно «перепрограммировать», если в новых данных «1» заменяются «0». Некоторые наборы команд ЦП (например, 6502 ) воспользовались этим преимуществом, определив команду прерывания (BRK) с кодом операции «00». В случаях, когда была неправильная инструкция, ее можно было «перепрограммировать» на BRK, в результате чего ЦП передавал управление патчу. Это приведет к выполнению правильной инструкции и возврату к инструкции после BRK.

Битовая ячейка программируется путем подачи высоковольтного импульса, не встречающегося при нормальной работе, на затвор и подложку тонкооксидного транзистора (около 6 В для оксида толщиной 2 нм или 30 МВ/см) для разрушения оксида. между воротами и подложкой. Положительное напряжение на затворе транзистора образует инверсионный канал в подложке под затвором, вызывая протекание туннельного тока через оксид. Ток создает дополнительные ловушки в оксиде, увеличивая ток через оксид и в конечном итоге плавя оксид и образуя проводящий канал от затвора к подложке. Ток, необходимый для формирования проводящего канала, составляет около 100 мкА/100 нм. ² и пробой происходит примерно за 100 мкс или меньше. ^[8]

См. также

Intel HEX

Ссылки

^ Уитакер, Джерри К. (3 октября 2018 г.). Справочник по электронике . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4200-3666-4 .
^ Хан-Вэй Хуан (5 декабря 2008 г.). Проектирование встроенной системы с C805 . Cengage Обучение. п. 22. ISBN 978-1-111-81079-5 . Архивировано из оригинала 27 апреля 2018 года.
^ Мари-Од Офор; Эстебан Зиманьи (17 января 2013 г.). Бизнес-аналитика: Вторая европейская летняя школа, eBISS 2012, Брюссель, Бельгия, 15-21 июля 2012 г., Учебные лекции . Спрингер. п. 136. ИСБН 978-3-642-36318-4 . Архивировано из оригинала 27 апреля 2018 года.
^ См. патент США 4184207 — электрически программируемое ПЗУ с плавающим затвором высокой плотности и патент США 4151021 , заархивированный 27 апреля 2018 г. на Wayback Machine — метод изготовления электрически программируемого ПЗУ с плавающим затвором высокой плотности.
^ Портал планирования чипов . ChipEstimate.com. Проверено 10 августа 2013 г.
^ Кен Арнольд, «Проектирование аппаратного обеспечения встроенного контроллера», Newnes, 2004, ISBN 1-878707-52-3, страница 102
^ См. патент США 7402855, противопредохранительное устройство с разделенным каналом.
^ Влодек Курьянович (2008). «Оценка встроенной энергонезависимой памяти для 65 нм и выше» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 4 сентября 2009 г.

Ссылки

Справочник Intel по проектированию памяти, 1977 г. — archive.org
Технические описания Intel PROM — intel-vintage.info
Ознакомьтесь с патентом США «Switch Matrix» № 3028659 в Патентном бюро США или Google.
Посмотреть патент на технологию Kilopass в США «Полупроводниковая ячейка памяти высокой плотности и массив памяти, использующие один транзистор и имеющие переменный пробой оксида затвора». Патент № 6940751 в Патентном ведомстве США или Google.
Ознакомьтесь с патентом Sidense США «Архитектура противопредохраняющей матрицы с разделенными каналами» № 7402855 в Патентном ведомстве США или Google.
Ознакомьтесь с патентом США № 3634929 «Метод производства полупроводниковых интегральных схем» в Патентном ведомстве США или Google.
ЦОЙ и др. (2008). «Новые структуры энергонезависимой памяти для архитектур FPGA»
Таблицу преимуществ и недостатков см. в Ramamoorthy, G: «Dataquest Insight: Рынок энергонезависимой памяти IP, во всем мире, 2008–2013 гг.», стр. 10. Gartner, 2009 г.

См. также

Внешние ссылки

Заглянув внутрь чипа PROM 1970-х годов, который хранит данные в микроскопическом предохранителе , можно увидеть кристалл MMI 5300 PROM 256x4.

[1] Уитакер, Джерри К. (3 октября 2018 г.). Справочник по электронике . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4200-3666-4 .

[Huang2008-2] Хан-Вэй Хуан (5 декабря 2008 г.). Проектирование встроенной системы с C805 . Cengage Обучение. п. 22. ISBN 978-1-111-81079-5 . Архивировано из оригинала 27 апреля 2018 года.

[AufaureZimányi2013-3] Мари-Од Офор; Эстебан Зиманьи (17 января 2013 г.). Бизнес-аналитика: Вторая европейская летняя школа, eBISS 2012, Брюссель, Бельгия, 15-21 июля 2012 г., Учебные лекции . Спрингер. п. 136. ИСБН 978-3-642-36318-4 . Архивировано из оригинала 27 апреля 2018 года.

[4] См. патент США 4184207 — электрически программируемое ПЗУ с плавающим затвором высокой плотности и патент США 4151021 , заархивированный 27 апреля 2018 г. на Wayback Machine — метод изготовления электрически программируемого ПЗУ с плавающим затвором высокой плотности.

[5] Портал планирования чипов . ChipEstimate.com. Проверено 10 августа 2013 г.

[6] Кен Арнольд, «Проектирование аппаратного обеспечения встроенного контроллера», Newnes, 2004, ISBN 1-878707-52-3, страница 102

[7] См. патент США 7402855, противопредохранительное устройство с разделенным каналом.

[8] Влодек Курьянович (2008). «Оценка встроенной энергонезависимой памяти для 65 нм и выше» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 4 сентября 2009 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]