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OTP、MTP、PROM、EPROM、FLASH ROM的区别;
NVM,即非易失性存储器,是一种非易失性内存。
NVM的特点是存储的数据在断电后不会消失。传统的NVM,如掩模ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦可编程ROM(EEPROM)、NAND/NOR闪存等,以及目前正在开发的许多新型状态存储器,如磁性存储器(MRAM)、电阻存储器(RRAM)、相变存储器(PRAM)、铁电存储器(FeRAM)等,都属于NVM。(因此,NVM的概念非常广泛。
从可编程次数来看,NVM可以分为三类。
MTP:多次可编程,可多次编程
FTP:有限次可编程,可编程次数有限
OTP:一次性可编程,仅允许编程一次,编程后数据永久有效
本文主要讨论OTP和MTP。
什么是一次性可编程(OTP)?
一次性可编程(OTP,One Time Programmable)是一种特殊的非易失性存储器,它仅允许编程一次,一旦编程,数据将永久有效。与EEPROM等多次可编程(MTP)存储器相比,OTP因其占用面积小且不需要额外的制造步骤而广泛用于低成本芯片中。
OTP NVM指的是只能编程一次的非易失性存储器。
随着嵌入式应用的日益普及,产品的安全性变得越来越重要。一方面,这是为了保护硬件设计;另一方面,也是为了产品本身的安全,防止被黑客攻击。
在嵌入式系统中,所有代码和系统数据都存储在闪存芯片中,闪存芯片的特点是可多次擦除且在断电时不会丢失数据。为了保护闪存中的数据,越来越多的闪存制造商在闪存内部提供了一个特殊寄存器:OTP寄存器。
OTP本身并不为应用提供绝对的安全性。然而,OTP的可用性有助于开发人员开发和部署更安全的应用。如今,许多软件和硬件保护都是基于OTP实现的。
什么是MTP?
MTP,即多次可编程(Multiple-Time Programmable),顾名思义,与一次性可编程存储器不同,多次可编程存储器可以根据用户的需要被重新编程和更新多次。
EPROM、EEPROM、NAND/NOR闪存(Flash Memory)等都是MTP(多次可编程)的一种。
实际上,业界习惯于将MTP与EEPROM/Flash/OTP/Mask ROM进行比较。从应用需求的角度来看,OTP是一个大类;EEPROM/Flash是另一个大类;而MTP则是一个小众需求,其实施技术基本上是基于前两类的工艺/设计技术,但进行了较小的调整或权衡。
MTP的实现与OTP不同,因此它可以被多次烧录,具有复杂的设计架构和较高的成本。由于实现方法的多样性,MTP的原理不能一概而论。
OTP的程序存储器大多采用熔断丝结构。编程过程是一个不可逆的破坏性活动,通常是将1写入为0。
而MTP大多使用EEPROM或FLASH或其他技术。写入过程也是一个1到0的变化。但在某些条件下,0可以变回1。例如,EPROM在紫外线照射下形成,光电荷被冲入栅极区域。EEPROM则使用电隧穿电荷注入技术。
PROM(Programmable Read Only Memory,可编程只读存储器)是一种可编程的只读存储器,与传统的ROM不同,其数据不是在制造过程中写入的,而是在制造完成后通过PROM编程器写入的。PROM中的每个位都通过熔丝或反熔丝锁定,具体取决于所使用的技术。根据技术的不同,PROM中的每个位可以在晶圆、测试或系统级别进行编程。
典型的PROM在出厂时所有位都设置为“1”。在编程过程中,烧断熔丝位会使该位读取为“0”。通过烧断熔丝,PROM在制造后可以编程一次,这是一个不可逆的过程。典型的PROM采用“双极熔丝结构”。
如果想要重写某些单元,可以向这些单元通入足够高的电流并保持一段时间,从而烧断原有的熔丝,达到重写某些位的效果。另一种经典的PROM是带有“肖特基二极管”的PROM,出厂时二极管处于反向截止状态
EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory)是一种可擦除可编程只读存储器。它的特点是具有可擦除功能,允许在擦除后进行重新编程,但缺点是擦除需要使用紫外线,且需要一定时间。
FLASH ROM是一种真正的单电压芯片,在使用上与EEPROM非常相似,因此有些书籍将FLASH ROM视为EEPROM的一种。但实际上,两者之间存在差异,因为当FLASH ROM被擦除时,它还会执行一个特殊的刷新过程;而在删除数据时,它不以字节(Byte)为基本单位,而是以扇区(Sector,也称为Block)为最小单位,扇区的大小因制造商而异;只有在写入时,才以字节为最小单位进行写入。
FLASH ROM芯片的读写操作都是在单一电压下进行的,不需要跳线,只需使用特殊程序即可轻松修改其内容;FLASH ROM的存储容量一般大于EEPROM,大约在512K到8M KBit之间,由于大批量生产,价格也更合适,非常适合存储程序代码,近年来已逐渐取代EEPROM,被广泛用作主板上的BIOS ROM。
NOR和NAND闪存之间的区别在于,NOR闪存更像内存,拥有独立的地址和数据线,但其价格更高且容量较小;而NAND闪存则更像硬盘,地址和数据线共用I/O线,类似于硬盘中所有信息都通过单一的硬盘线传输。与NOR型闪存相比,NAND型闪存的成本更低,但容量要大得多。
因此,NOR型闪存更适合频繁随机读写的场合,通常用于存储程序代码并在闪存中直接运行,手机是NOR型闪存的主要使用者,所以手机的“内存”容量通常不大;而NAND型闪存则主要用于存储数据,常见的闪存产品,如闪存驱动器、数字存储卡等,都使用NAND型闪存。
小结;
OTP(一次性可编程)相对于MTP(多次可编程)的优势在于OTP存储器占用面积更小,且无需额外的晶圆处理步骤。因此,在许多低成本应用中,OTP存储器被用来替代MTP存储器。
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