nand flash接口名称 NAND Flash与NOR Flash究竟有何不同｜半导体行业观察

发布时间 : 2024-10-06

作者 : 小编

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NAND Flash与NOR Flash究竟有何不同｜半导体行业观察

来源：内容由微信公众号半导体行业观察（ID：icbank）翻译自「embedded」，作者 Avinash Aravindan，谢谢。

嵌入式系统设计人员在选择闪存时必须考虑许多因素：使用哪种类型的Flash架构，是选择串行接口还是并行接口，是否需要校验码（ECC）等。如果处理器或控制器仅支持一种类型的接口，则会限制选项，因此可以轻松选择内存。但是，情况往往并非如此。例如，一些FPGA支持串行NOR闪存、并行NOR闪存和NAND闪存来存储配置数据，同样，它们也可以用来存储用户数据，这使得选择正确的存储器件更加困难。本文将讨论闪存的不同方面，重点放在NOR闪存和NAND闪存的差异方面。

存储架构

闪存将信息存储在由浮栅晶体管制成的存储单元中。这些技术的名称解释了存储器单元的组织方式。在NOR闪存中，每个存储器单元的一端连接到源极线，另一端直接连接到类似于NOR门的位线。在NAND闪存中，几个存储器单元（通常是8个单元）串联连接，类似于NAND门（参见图1）。

NOR Flash（左）具有类似NOR门的架构。NAND Flash（右）类似于NAN

NOR Flash架构提供足够的地址线来映射整个存储器范围。这提供了随机访问和短读取时间的优势，这使其成为代码执行的理想选择。另一个优点是100％已知的零件寿命。缺点包括较大的单元尺寸导致每比特的较高成本和较慢的写入和擦除速度。

相比之下，与NOR闪存相比，NAND闪存具有更小的单元尺寸和更高的写入和擦除速度。缺点包括较慢的读取速度和I / O映射类型或间接接口，这更复杂并且不允许随机访问。值得注意的是，NAND Flash中的代码执行是通过将内容映射到RAM来实现的，这与直接从NOR Flash执行代码不同。另一个主要缺点是存在坏块。NAND闪存通常在部件的整个生命周期内出现额外的位故障时具有98％的良好位，因此，器件内需要ECC功能。

存储容量

与NOR闪存相比，NAND闪存的密度要高得多，主要是因为其每比特成本较低。NAND闪存通常具有1Gb至16Gb的容量。NOR闪存的密度范围从64Mb到2Gb。由于NAND Flash具有更高的密度，因此主要用于数据存储应用。

擦除/读写

在NOR和NAND闪存中，存储器被组织成擦除块。该架构有助于在保持性能的同时保持较低的成本，例如，较小的块尺寸可以实现更快的擦除周期。然而，较小块的缺点是芯片面积和存储器成本增加。由于每比特成本较低，与NOR闪存相比，NAND闪存可以更经济高效地支持更小的擦除块。目前，NAND闪存的典型块大小为8KB至32KB，NOR Flash为64KB至256KB。

NAND闪存中的擦除操作非常简单，而在NOR闪存中，每个字节在擦除之前都需要写入“0”。这使得NOR闪存的擦除操作比NAND闪存慢得多。例如，NAND闪存S34ML04G2需要3.5ms才能擦除128KB块，而NOR闪存S70GL02GT则需要约520ms来擦除类似的128KB扇区。这相差近150倍。

如前所述，NOR闪存具有足够的地址和数据线来映射整个存储区域，类似于SRAM的工作方式。例如，具有16位数据总线的2Gbit（256MB）NOR闪存将具有27条地址线，可以对任何存储器位置进行随机读取访问。在NAND闪存中，使用多路复用地址和数据总线访问存储器。典型的NAND闪存使用8位或16位多路复用地址/数据总线以及其他信号，如芯片使能，写使能，读使能，地址锁存使能，命令锁存使能和就绪/忙碌。NAND Flash需要提供命令（读，写或擦除），然后是地址和数据。这些额外的操作使NAND闪存的随机读取速度慢得多。例如，NAND闪存S34ML04G2需要30μS，而NOR闪存S70GL02GT需要120nS。因此，NOR比NAND快250倍。

为了克服或减少较慢读取速度的限制，通常以NAND闪存中的页方式读取数据，每个页是擦除块的较小子部分。仅在每个读取周期开始时使用地址和命令周期顺序读取一页的内容。NAND闪存的顺序访问持续时间通常低于NOR闪存设备中的随机访问持续时间。利用NOR Flash的随机访问架构，需要在每个读取周期切换地址线，从而累积随机访问以进行顺序读取。随着要读取的数据块的大小增加，NOR闪存中的累积延迟变得大于NAND闪存。因此，NAND Flash顺序读取可以更快。但是，由于NAND Flash的初始读取访问持续时间要长得多，两者的性能差异只有在传输大数据块时才是明显的，通常大小要超过1 KB。

在两种Flash技术中，只有在块为空时才能将数据写入块。NOR Flash的慢速擦除操作使写操作更慢。在NAND Flash中，类似于读取，数据通常以页形式编写或编程（通常为2KB）。例如，单独使用NAND闪存S34ML04G2 写入页面需要300μS。

为了加快写入操作，现代NOR Flashes还采用类似于页面写入的缓冲区编程。例如，前文所述的NOR闪存S70GL02GT，支持缓冲器编程，这使其能够实现与单词相似写入超时多字节编程。例如，512字节数据的缓冲区编程可以实现1.14MBps的吞吐量。

能耗

NOR闪存在初始上电期间通常需要比NAND闪存更多的电流。但是，NOR Flash的待机电流远低于NAND Flash。两个闪存的瞬时有功功率相当。因此，有效功率由存储器活动的持续时间决定。NOR Flash在随机读取方面具有优势，而NAND Flash在擦除，写入和顺序读取操作中消耗的功率相对较低。

可靠性

保存数据的可靠性是任何存储设备的重要性能指标。闪存会遭遇称为位翻转的现象，其中一些位可以被反转。这种现象在NAND闪存中比在NOR闪存中更常见。出于产量考虑，NAND闪存随附着散布的坏块，随着擦除和编程周期在NAND闪存的整个生命周期中持续，更多的存储器单元变坏。因此，坏块处理是NAND闪存的强制性功能。另一方面，NOR闪存带有零坏块，在存储器的使用寿命期间具有非常低的坏块累积。因此，当涉及存储数据的可靠性时，NOR Flash具有优于NAND Flash的优势。

可靠性的另一个方面是数据保留，这方面，NOR Flash再次占据优势，例如，NOR Flash闪存S70GL02GT提供20年的数据保留，最高可达1K编程/擦除周期，NAND闪存S34ML04G2提供10年的典型数据保留。

编程和擦除周期的数量曾是一个需要考虑的重要特性。这是因为与NOR闪存相比，NAND闪存用于提供10倍更好的编程和擦除周期。随着技术进步，这已不再适用，因为这两种存储器在这方面的性能已经很接近。例如，S70GL02GT NOR和S34ML04G2 NAND都支持100,000个编程 - 擦除周期。但是，由于NAND闪存中使用的块尺寸较小，因此每次操作都会擦除较小的区域。与NOR Flash相比，其整体寿命更长。

表1提供了本文中讨论的主要内容摘要。

NOR闪存和NAND闪存的主要特性与一般和具体比较数据的比较。

通常，NOR闪存是需要较低容量、快速随机读取访问和更高数据可靠性的应用的理想选择，例如代码执行所需。NAND闪存则非常适用于需要更高内存容量和更快写入和擦除操作的数据存储等应用。

支持国网、南网充电桩使用，舟拓直流充电桩控制器方案解析

前言

充电头网拿到了南京舟拓信息技术有限公司推出的直流充电桩控制器ZT-DCG-120S，这款控制器支持双路直流充电枪使用，采用全面国产化设计。内部处理器，电源芯片，接口芯片以及继电器等核心器件均采用国产品牌，一方面提升供应链安全性，另一方面降低了整体成本。

值得一提的是，整套方案在设计上，采用了川土微旗下CA-IS3642HVW数字隔离器、CA-IS2092W/CA-IS2062W收发器、CA-IS3641HVW隔离芯片、CA-IS3417WT隔离开关、CA-IS3980P接收器等五款芯片，简化隔离通信电路设计，为直流充电桩控制器的稳定运行提供有力支持。

这款控制器采用智能芯片控制，整板采用工业级温度元器件，兼容GB/T27930-2015和GB/T27930-2011充电标准，兼容华为/中兴/英飞源/英可瑞/麦格米特等充电模块，并支持国网、南网充电桩使用。

控制器采用RS485接口与电能计量装置通讯，支持CAN总线与电动汽车BMS通信，支持CAN总线与充电控制器进行通信，实现电量测量，充电控制与集中控制，还支持以太网和无线通信模块，用于网络传输需求。下面就带来这款充电桩控制器的解析，一起看看控制器的用料信息。

舟拓直流充电桩控制器外观

在PCB正面上下设有接线端子，分别用于开入和开出信号连接。上方左侧和中间端子为开入，右侧端子用于充电枪辅助电源和风机和交流接触器控制。下方左侧和中间端子为开出，右侧端子连接充电枪指示灯和电子锁。

在左上角设有拨码开关和USB插座，右侧上方设有黑色继电器用于供电控制，下方设有两颗电解电容。左下角设有两组继电器用于开出，继电器线圈通过光耦进行隔离，开入端子设有TVS二极管保护，供电端子设有自恢复保险丝。

PCB背面中间和右侧设有连接排针，用于通信和供电。对应两颗电解电容的位置镂空降低厚度。开出焊盘露铜加锡，增强载流量。

下层PCB为主控PCB，下方中间接线端子用于连接屏幕和读卡器以及电能表和传感器。下方右侧端子为CAN通信接口，分别连接功率模组，储能电池包和A，B充电枪。右上角接线端子用于连接A充电枪，进行温度，CC1，绝缘电压，电压和电流采样，左上角接线端子用于B枪采样，上方中间三针接线端子用于控制器供电。

在PCB背面焊接六颗光耦。两片PCB通过铜柱和螺丝固定。

实测PCBA模块长度约为25cm。

模块宽度约为14cm。

重量约为521g。

舟拓直流充电桩控制器解析

电源输入端子特写，两侧设有螺丝锁紧，控制器其他端子也为同样形式。

输入端自恢复保险丝用于过流保护。

二极管用于输入防反接。

DC-DC模块电源来自Wispower伟仕电源，型号为WSD10-24S5，模块支持9-36V输入电压，输出电压为5.05V，输出电流2A。

主控MCU来自Nuvoton新唐，型号NUC980DK61YC，采用ARM926EJ-S核心，主频高达300MHz，芯片内置64MB DDR2内存，具备10组UART接口，具备SDIO/eMMC接口，Nand Flash接口，QSPI存储器接口，4组CAN总线接口，以太网MAC和USB2.0接口，采用128-pin LQFP封装，符合-40~85℃工业温度规格，用于工业自动化和物联网控制。

2-A端子两路RS232接口采用CHIPANALOG川土微CA-IS3642HVW，是一颗支持DC-100Mbps传输速率的高性能数字隔离器，芯片支持5kVRMS隔离耐压，内部还集成高效率低辐射DC-DC转换器用于隔离供电。

川土微CA-IS36XX系列数字隔离器具备双通道和四通道可选，并具备灵活的正向和反向通道选择，CA-IS3642内置四个隔离通道，为两个正向通道和两个反向通道，分别对应两组RS232接口。

川土微 CA-IS3642HVW 资料信息。

两颗RS-485通信芯片来自CHIPANALOG川土微，型号CA-IS2092W，隔离式半双工RS-485收发器，芯片内部集成隔离DC-DC转换器，无需外部隔离电源。芯片内部采用二氧化硅绝缘栅隔离，支持5V或3.3V单电源供电。

CA-IS2092W引脚具备20kV HBM ESD保护，可耐受高级别的ESD时间，保护内部电路。芯片提供DC-DC转换器和RS-485收发器供电独立的两种版本，便于逻辑侧与低压控制电路的信号交互。芯片采用SOIC16-WB封装。

川土微 CA-IS2092W 资料信息。

芯片前端设有TVS二极管，保险丝和气体放电管进行静电保护。

2-B端子使用四颗CHIPANALOG川土微CA-IS2062W隔离芯片用于CAN总线隔离通信，分别对应功率模组，储能电池包，A枪连接的BMS和B枪连接的BMS。

川土微CA-IS2062W隔离式CAN收发器内置DC-DC转换器，符合ISO 11898-2物理层标准，提供2.5kVRMS隔离耐压，总线引脚具备故障保护，数据速率高达1Mbps，采用SOIC16-WB封装。

对应485接口设有气体放电管，保险丝和TVS二极管用于静电保护。

CHIPANALOG川土微CA-IS3641HVW用于锐能微RN8209D电能检测芯片与MCU隔离通信，共使用八颗对应八颗电能检测芯片。

川土微CA-IS3641HVW具备四个隔离通道，其中三个为正向通道，一个为反向通道，用于SPI串行接口通讯。

隔离开关来自CHIPANALOG川土微，型号CA-IS3417WT，是一颗光耦兼容的增强型绝缘高压隔离开关，芯片内置背靠背碳化硅MOS，关断电压高达1700V，关断漏电流小于1μA，输出导通电阻为50Ω，导通电流高达50mA。

川土微CA-IS3417WT原边输入级为模拟二极管，在具备光耦输入特性的同时还具有更好的一致性，长期稳定性和更高的可靠性，无传统光耦的光衰老化特性。芯片采用12脚宽体SOIC封装，原副边耐压高达5kVRMS，引脚兼容主流光MOS继电器。

川土微 CA-IS3417WT 资料信息。

在上层的PCB上设有两颗CHIPANALOG川土微CA-IS3980P八通道数字输入隔离器，芯片兼容IEC61131-2 Type1、Type2、Type3输入。CA-IS3980P具有8路输入通道，为并行输出，CA-IS3980S为SPI串行输出，速率可达2Mbps。

川土微CA-IS3980内部集成2500VRMS隔离器，支持2.25V到5.5V单电源供电，芯片支持-40到125℃工作温度范围，采用20引脚SSOP封装。芯片符合多种国际认证，适用于PLC数字输入和现场数据采集等应用。

川土微 CA-IS3980 资料信息。

共使用两颗川土微CA-IS3980用于开入量采集。

存储器来自华邦，型号W25Q128JVSQ，容量为128Mbit，采用8-pin SOIC封装。

另一颗存储器来自富士通，型号MB85RC64TA，是一颗64Kbit的铁电存储器，采用8pin SOP封装。

加密芯片没有丝印。

无线通信模块来自QUECTEL移远科技，型号EC800M-CN，是一颗LTE模组，支持LTE Cat.1，专为M2M和IoT领域设计。

SIM卡槽特写。

天线连接器特写。

用于为通信模块供电的降压芯片来自钰泰半导体，丝印JG，实际型号ETA8110，是一颗18V输入电压，2A输出电流的同步降压转换器，芯片内置开关管，采用SOT23-6封装。

两颗47μF10V贴片电容用于输出滤波。

有线网卡芯片来自IC+九阳电子，型号IP101GRI，是一颗单接口10/100M快速以太网收发器物理层芯片，用于有线网络连接。

芯片外置25.000MHz时钟晶振特写。

丝印04A的TVS二极管阵列。

网络接口来自HanRun汉仁，型号HR911105A，内置隔离变压器和指示灯。

CR1220电池用于时钟运行。

用于电压检测的分压电阻网络特写。

八颗电能计量芯片用于充电枪内侧绝缘电压与外侧电压，电流检测。

电能计量芯片来自Renergy锐能微，型号RN8209D，支持有功电能计量和无功电能计量功能，具备SPI和UART接口用于与MCU通信。

芯片外置3.5795MHz时钟晶振特写。

干簧继电器来自Standex-Meder斯丹麦德，型号SHV05-BV88269。

TI德州仪器 SN74HC21双路四输入与门特写。

共设有两颗对应八颗隔离通信芯片。

连接端子两侧通过螺丝固定。

接口输入设有电阻和TVS用于过压保护。

奥伦德ORPC817光耦用于继电器线圈隔离驱动。

用于开出的继电器七颗继电器特写。

开出信号继电器来自HONGFA宏发，型号HF49FD/012-1H12，为小型中功率继电器，线圈电压12V，内置一组常开触点，触点容量为5A 250V。

六颗继电器用于A，B充电枪辅助电源以及交流风机电源和交流接触器控制。

继电器来自HONGFA宏发，型号HF115F/012-1HS3，为小型大功率继电器，线圈电压12V，内置一组常开触点，触点容量为16A 250VAC。

八颗光耦连接开出控制。

1C接口用于A，B充电枪指示灯和电子锁控制。

自恢复保险丝和保险丝特写。

用于控制电子锁的继电器来自HONGFA宏发，型号HFD3/12，为超小型信号继电器，线圈电压12V，内置两组转换触点，触点容量为0.5A 125VAC。

用于电子锁动作的电解电容来自艾华，规格为25V10000μF。

蓝牙通信芯片来自富芮坤，型号FR8012HAQ，芯片兼容蓝牙V5.1模式，内置ARM Cortex-M3内核，主频48MHz，芯片内置512KB Flash，48KB SRAM和128KB ROM，芯片内部集成DC-DC和LDO，具备GPIO接口等常用接口。

24.000MHz贴片晶振用于为蓝牙芯片提供时钟。

用于配置控制器地址和功能的两个拨码开关特写。

调试USB接口采用过孔焊接。

USB数据引脚设有TVS阵列进行静电保护。

沁恒CH340N USB转串口芯片用于计算机与控制器连接进行调试。

两颗MS4553S 2bit双向电平转换器特写。

三颗指示灯分别用于故障指示，运行指示和电源指示。

充电头网总结

舟拓直流充电桩控制器ZT-DCG-120S具备两个充电枪接口，对应的信号采集与隔离通信芯片为双路配置，控制器通过RS485接口与电能计量装置通信，通过CAN总线与BMS和充电控制器通信，RS232接口与读卡器和屏幕通信。

通过解析发现，这款充电桩控制器内部大量采用川土微数字隔离器，RS232接口采用CA-IS3642HVW，RS485接口采用CA-IS2092W，CAN总线通信采用CA-IS2062W，SPI隔离通信采用CA-IS3641HVW，四款芯片均内置DC-DC转换器，简化隔离通信电路设计。

川土微CA-IS3417WT隔离开关内置碳化硅MOS管，关断电压高达1700V。对应开入量检测使用CA-IS3980P隔离芯片。控制器内部使用新唐MCU，搭配功能模块，具备蓝牙，以太网和4G网络通信能力。

NAND Flash与NOR Flash究竟有何不同｜半导体行业观察

支持国网、南网充电桩使用，舟拓直流充电桩控制器方案解析

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舟拓直流充电桩控制器外观

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