NAND Flash浮栅晶体管的结构、工作原理及其局限性
作为最为常见的存储芯片,NAND Flash已经被广泛采用,特别是在消费类电子产品当中,因此,在其存储密度不断提升的同时,成本也越来越敏感。由于Flash闪存的成本取决于其芯片面积,如果可以在同一区域存储更多数据,Flash将更具成本效益。NAND闪存主要有三种类型:Single Level Cell(SLC),Multi Level Cell(MLC)和Triple Level Cell(TLC)。顾名思义,TLC Flash在与MLC相同的区域中存储的数据更多,同理,MLC存储的数据多于SLC。另一种类型的NAND闪存称为3D NAND或V-NAND(垂直NAND),其通过在同一晶片上垂直堆叠多层存储器单元,这种类型的闪存实现了更大的密度。
表1:每种不同类型Flash的主要参数的比较。 * ECC位数取决于制程节点; 较小的制程节点需要更多的ECC位。 3D NAND Flash 上面讨论的所有不同的闪存都是二维的,意味着存储单元仅布置在芯片的XY平面中。使用2D闪存技术,在同一晶圆中实现更高密度的唯一方法是缩小制程工艺节点。其缺点是,对于较小的节点,NAND闪存中的错误更为频繁。另外,可以使用的最小制程工艺节点存在限制。 为了提高存储密度,制造商开发了3D NAND或V-NAND(垂直NAND)技术,该技术将Z平面中的存储单元堆叠在同一晶圆上。以这种方式构建有助于为相同的芯片区域实现高位密度。在3D NAND闪存中,存储器单元作为垂直串连接而不是2D NAND中的水平串。 第一批3D Flash产品有24层。随着该技术的进步,已经制造出32,48,64甚至96层3D闪存。3D闪存的优势在于同一区域中的存储单元数量明显更多。这也使制造商能够使用更大的制程工艺节点来制造更可靠的闪存。 3D Flash的另一个主要技术转变是使用电荷阱Flash而不是浮栅晶体管。除了用氮化硅膜代替浮栅之外,电荷阱在结构上类似于FGMOS。注意,由于大规模制造的困难,电荷阱在市场上没有被广泛使用。由于难以制造浮栅晶体管的垂直串以及电荷阱的其他固有优点,已经采用电荷阱技术用于3D闪存。 与FGMOS相比,基于电荷阱的存储器有许多优点。可以在较低电压下编程和擦除基于电荷阱的存储器,从而提高耐用性。由于捕获层(氮化物)是绝缘层,电荷不会泄漏,从而提高了可靠性。由于电荷不会从电荷阱的一侧流到另一侧,因此可以在同一阱层存储多于一位的电荷。赛普拉斯(前Spansion)在NOR闪存中有效地利用了这种功能,称为MirrorBit技术,将两位数据存储在一个类似于MLC闪存的单个存储单元中。未来的趋势 所有主要的闪存制造商都积极致力于开发不同的方法,以降低每比特闪存的成本,同时正在积极研究增加3D NAND Flash中垂直层的数量。虽然15nm似乎是目前NAND闪存中最小的成功节点,但Flash的光刻节点的缩小仍在继续。将MLC和TLC技术与3D NAND闪存相结合的方法也正在积极探索当中,许多制造商已经看到了成功的曙光。随着新技术的出现,我们可能很快就会看到存储单元可以存储一个字节的数据和垂直层,达到256层,甚至更高
Nand Flash操作原理及裸机程序分析——FLASH操作原理
来源:韦东山嵌入式专栏_ARM裸机加强版维基教程
作者:韦东山
本文字数:1056,阅读时长:10分钟
NAND_FLASH操作原理
NAND FLASH原理图NAND FLASH是一个存储芯片那么: 这样的操作很合理”读地址A的数据,把数据B写到地址A”
问1. 原理图上NAND FLASH和S3C2440之间只有数据线,怎么传输地址?
答1. 在DATA0~DATA7上既传输数据,又传输地址当ALE为高电平时传输的是地址,
那么在数据线上是不是只传输数据和只传输地址呢?
我们参考NAND FLASH的芯片手册可以知道,对NAND FLASH的操作还需要发出命令,下面有个NAND FLASH的命令表格
问2. 从NAND FLASH芯片手册可知,要操作NAND FLASH需要先发出命令怎么传入命令?
答2. 在DATA0~DATA7上既传输数据,又传输地址,也传输命令:
当ALE为高电平时传输的是地址。当CLE为高电平时传输的是命令。当ALE和CLE都为低电平时传输的是数据。
问3. 数据线既连接到NAND FLASH,也接到NOR FLASH,还接到SDRAM、DM9000等等那么怎么避免干扰?
答3. 这些设备,要访问时必须”选中”,没有选中的芯片不会工作,相当于没接一样。
问4. 假设烧写NAND FLASH,把命令、地址、数据发给它之后,NAND FLASH肯定不可能瞬间完成烧写的,怎么判断烧写完成?
答4. 通过状态引脚RnB来判断:它为高电平表示就绪,它为低电平表示正忙
问5. 怎么操作NAND FLASH呢?
答5. 根据NAND FLASH的芯片手册,一般的过程是:
发出命令
发出地址
发出数据/读数据
看上面的命令表格,不容易看,我们看一下读ID的时序图,
每个NAND FLASH都内嵌一些ID(譬如:厂家ID,设备ID),时序图从左往右看,纵向放是一列一列的看。
对于我们s3c2440来说,内部集成了一个NAND FLASH控制器,2440和外设连接的简易图,如下图所示
NAND FLASH控制器,帮我们简化了对NAND FLASH的操作,下面来分析一下不使用NAND FLASH控制器和使用NAND FLASH控制器对外设NAND FLASH的操作。
发命令:
发地址:
发数据:
读数据 :
用UBOOT来体验NAND FLASH的操作:
1.读ID
下图是读操作时序图
对于存储为256M的NAND FLASH,需要28条地址线,来表示这个地址值,根据原理图可以,只用8根地址线,所以需要4个周期的地址,为了兼容更大容量的NAND FLASH,要发出5个周期的地址:(如下图所示)
2.读数据
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