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Flash芯片你都認識嗎?
文章來(lái)源: 更新時(shí)間:2017/3/3 18:38:00
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Flash存儲器,簡(jiǎn)稱(chēng)Flash,它結合了ROM和RAM的長(cháng)處,不僅具備電子可擦除可編程的性能,還不會(huì )因斷電而丟失數據,具有快速讀取數據的特點(diǎn);在現在琳瑯滿(mǎn)目的電子市場(chǎng)上,Flash總類(lèi)可謂繁多,功能各異,而你對它了解有多少呢?
為了讓大家更深入了解Flash,今天將主要根據芯片的通信協(xié)議并且結合Flash的特點(diǎn),給大家一個(gè)全新認識。


一、IIC EEPROM
IIC EEPROM,采用的是IIC通信協(xié)議;IIC通信協(xié)議具有的特點(diǎn):簡(jiǎn)單的兩條總線(xiàn)線(xiàn)路,一條串行數據線(xiàn)(SDA),一條串行時(shí)鐘線(xiàn)(SCL);串行半雙工通信模式的8位雙向數據傳輸,位速率標準模式下可達100Kbit/s;一種電可擦除可編程只讀存儲器,掉電后數據不丟失,由于芯片能夠支持單字節擦寫(xiě),且支持擦除的次數非常之多,一個(gè)地址位可重復擦寫(xiě)的理論值為100萬(wàn)次,在實(shí)際應用中具有著(zhù)不可替代的作用。日常我們常接觸芯片型號有AT24C02、FM24C02、CAT24C02等,其常見(jiàn)的封裝多為DIP8,SOP8,TSSOP8等。

 

二、SPI NorFlash
SPI NorFlash,采用的是SPI 通信協(xié)議,有4線(xiàn)(時(shí)鐘,兩個(gè)數據線(xiàn),片選線(xiàn))或者3線(xiàn)(時(shí)鐘,兩個(gè)數據線(xiàn))通信接口,由于它有兩個(gè)數據線(xiàn)能實(shí)現全雙工通信,因此比IIC通信協(xié)議的IIC EEPROM的讀寫(xiě)速度上要快很多。SPI NorFlash具有NOR技術(shù)Flash Memory的特點(diǎn),即程序和數據可存放在同一芯片上,擁有獨立的數據總線(xiàn)和地址總線(xiàn),能快速隨機讀取,允許系統直接從Flash中讀取代碼執行;可以單字節或單字編程,但不能單字節擦除,必須以Sector為單位或對整片執行擦除操作,在對存儲器進(jìn)行重新編程之前需要對Sector或整片進(jìn)行預編程和擦除操作。
NorFlash在擦寫(xiě)次數上遠遠達不到IIC EEPROM,并且由于NOR技術(shù)Flash Memory的擦除和編程速度較慢,塊尺寸又較大,因此擦除和編程操作所花費的時(shí)間會(huì )很長(cháng);但SPI NorFlash接口簡(jiǎn)單,使用的引腳少,易于連接,操作方便,并且可以在芯片上直接運行代碼,其穩定性出色,傳輸速率高,在小容量時(shí)具有很高的性?xún)r(jià)比,這使其很適合應于嵌入式系統中作為 FLASH ROM,所以在市場(chǎng)的占用率非常高。
我們通常見(jiàn)到的S25FL128、MX25L1605、W25Q64等型號都是SPI NorFlash,其常見(jiàn)的封裝多為SOP8,SOP16,WSON8,US0N8,QFN8、BGA24等。

 

三、Parallel NorFalsh (CFI Flash)
Parallel NorFalsh,也叫做并行NorFlash,采用的Parallel接口通信協(xié)議,擁有獨立的數據線(xiàn)和地址總線(xiàn),它同樣繼承了NOR技術(shù)Flash Memory的所有特點(diǎn);由于采用了Parallel接口,。Parallel NorFalsh相對于SPI NorFlash,支持的容量更大,讀寫(xiě)的速度更快,但是由于占用的地址線(xiàn)和數據線(xiàn)太多,在電路電子設計上會(huì )占用很多資源。Parallel NorFalsh讀寫(xiě)時(shí)序類(lèi)似于SRAM,只是寫(xiě)的次數較少,速度也慢,由于其讀時(shí)序類(lèi)似于SRAM,讀地址也是線(xiàn)性結構,所以多用于不需要經(jīng)常更改程序代碼的數據存儲。
我們通常見(jiàn)到的S29GL128、MX29GL512、SST39VF020等型號都是Parallel NorFlash,其常見(jiàn)的封裝多為T(mén)SSOP32、TSOP48、BGA64,PLCC32等。

 

四、Parallel NandFlash
Parallel NandFlash同樣采用了Parallel接口通信協(xié)議,NandFlash在工藝制程方面分有三種類(lèi)型:SLC、MLC、TLC。NandFlash技術(shù)Flash Memory具有以下特點(diǎn):以頁(yè)為單位進(jìn)行讀和編程操作,以塊為單位進(jìn)行擦除操作;具有快編程和快擦除的功能,其塊擦除時(shí)間是2ms,而NOR技術(shù)的塊擦除時(shí)間達到幾百ms;芯片尺寸小,引腳少,是位成本(bit cost)最低的固態(tài)存儲器;芯片包含有壞塊,其數目取決于存儲器密度。壞塊不會(huì )影響有效塊的性能,但設計者需要有一套的壞塊管理策略!
對比Parallel NorFalsh,NandFlash在擦除、讀寫(xiě)方面,速度快,使用擦寫(xiě)次數更多,并且它強調更高的性能,更低的成本,更小的體積,更大的容量,更長(cháng)的使用壽命。這使NandFlash很擅于存儲純資料或數據等,在嵌入式系統中用來(lái)支持文件系統。其主要用來(lái)數據存儲,大部分的U盤(pán)都是使用NandFlash,當前NandFlash在嵌入式產(chǎn)品中應用仍然極為廣泛,因此壞塊管理、掉電保護等措施就需要依賴(lài)NandFlash使用廠(chǎng)家通軟件進(jìn)行完善。
我們通常見(jiàn)到的S34ML01G100、MX30LF2G18AC、MT29F4G08ABADA等型號都是Parallel NandFlash,其常見(jiàn)的封裝多為T(mén)SOP48、BGA63、BGA107,BGA137等。

 

五、SPI NandFlash
SPI NandFlash,采用了SPI NorFlash一樣的SPI的通信協(xié)議,在讀寫(xiě)的速度上沒(méi)什么區別,但在存儲結構上卻采用了與Parallel NandFlash相同的結構,所以SPI nand相對于SPI norFlash具有擦寫(xiě)的次數多,擦寫(xiě)速度快的優(yōu)勢,但是在使用以及使用過(guò)程中會(huì )同樣跟Parallel NandFlash一樣會(huì )出現壞塊,因此,也需要做特殊壞塊處理才能使用;
SPI NandFlash相對比Parallel NandFlash還有一個(gè)重要的特點(diǎn),那就是芯片自己有內部ECC糾錯模塊,用戶(hù)無(wú)需再使用ECC算法計算糾錯,用戶(hù)可以在系統應用當中可以簡(jiǎn)化代碼,簡(jiǎn)單操作;
我們通常見(jiàn)到的W25N01GVZEIG、GD5F4GQ4UBYIG、F50L1G41A等型號都是SPI NandFlash,其常見(jiàn)的封裝多為QFN8、BGA24等。

六、eMMC  Flash
eMMC采用統一的MMC標準接口,自身集成MMC Controller,存儲單元與NandFlash相同。針對Flash的特性,eMMC產(chǎn)品內部已經(jīng)包含了Flash管理技術(shù),包括錯誤探測和糾正,Flash平均擦寫(xiě),壞塊管理,掉電保護等技術(shù)。MMC接口速度高達每秒52MBytes,eMMC具有快速、可升級的性能,同時(shí)其接口電壓可以是 1.8v 或者是 3.3v。

eMMC相當于NandFlash+主控IC ,對外的接口協(xié)議與SD、TF卡一樣,主要是針對手機或平板電腦等產(chǎn)品的內嵌式存儲器標準規格。eMMC的一個(gè)明顯優(yōu)勢是在封裝中集成了一個(gè)控制器,它提供標準接口并管理閃存,使得手機廠(chǎng)商就能專(zhuān)注于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的其它部分,并縮短向市場(chǎng)推出產(chǎn)品的時(shí)間。這些特點(diǎn)對于希望通過(guò)縮小光刻尺寸和降低成本的NAND供應商來(lái)說(shuō),同樣的重要。
eMMC由一個(gè)嵌入式存儲解決方案組成,帶有MMC(多媒體卡)接口、快閃存儲器設備(Nand Flash)及主控制器,所有都在一個(gè)小型的BGA 封裝,最常見(jiàn)的有BGA153封裝;我們通常見(jiàn)到的KLMAG8DEDD、THGBMAG8B4JBAIM、EMMC04G-S100等型號都是eMMC Flash。eMMCFlash存儲容量大,市場(chǎng)上32GByte容量都常見(jiàn)了,其常見(jiàn)的封裝多為BGA153、BGA169、BGA100等。。

 

七、USF2.0
JEDEC在2013年9月發(fā)布了新一代的通用閃存存儲器標準USF2.0,該標準下得閃存讀寫(xiě)速度可以高達每秒1400MB,這相當于在兩秒鐘內讀寫(xiě)兩個(gè)CD光盤(pán)的數據,不僅比eMMC有更巨大的優(yōu)勢,而且它甚至能夠讓電腦上使用的閃存存儲介質(zhì)固態(tài)硬盤(pán)也相形見(jiàn)絀。UFS閃存規格采用了新的標準2.0接口,它使用的是串行界面,很像PATA、SATA的轉換,并且它支持全雙工運行,可同時(shí)讀寫(xiě)操作,還支持指令隊列。相對之下,eMMC是半雙工,讀寫(xiě)必須分開(kāi)執行,指令也是打包,在速度上就已經(jīng)是略遜一籌了,而且UFS芯片不僅傳輸速度快,功耗也要比eMMC5.0低一半,可以說(shuō)是日后旗艦手機閃存的理想搭配。目前僅有少數的半導體廠(chǎng)商有提供封裝成品,如三星、東芝電子等。

 

Flash因功能不同,使用的領(lǐng)域也各異,它在電子市場(chǎng)上應用極為廣泛,需求量極大,每日的需求量可達百萬(wàn)的數量級,工廠(chǎng)要保證生產(chǎn)效率就必須要求所用的編程高穩定、高速度,目前國內ZLG致遠電子的SmartPRO 6000F-Plus是給Flash量身定制的一款高效能的Flash專(zhuān)燒編程器。

 
 
 
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