EEPROM жады: төзімділік және жазу циклдері 

Неліктен EEPROM жадының беріктігі өнеркәсіптік электроника үшін өте маңызды

Енгізілген жүйелерді жасау тәжірибемізде біз инженерлер жад микросхемаларын жазу циклдерінің параметрін елемей, тек бағасы немесе сыйымдылығы бойынша таңдайтын жағдайды жиі кездестіреміз. Бұл тәулік бойы жұмыс істейтін құрылғылар үшін қауіпті қате.EEPROM жады: төзімділік және жазу циклдері- бұл деректер парағындағы теориялық сипаттамалар ғана емес, бірінші деректер ақаулығына дейін құрылғыңыз қанша уақыт жұмыс істейтінін көрсететін тікелей көрсеткіштер.

Қайта жазу циклдерінің (P/E циклдері) санына өндірушілердің стандартты кепілдігі әдетте 100 000-нан 1 000 000 операцияға дейін ауытқиды. Дегенмен, өнеркәсіптік контроллерлердегі, автомобиль электроникасындағы немесе энергия есептегіштеріндегі нақты жұмыс жағдайлары зертханалық сынақтардан түбегейлі ерекшеленеді. Температураның өзгеруі, тұрақсыз қуат көзі және деректерді жаңарту жиілігі чиптің өмірлік циклін 3-5 есе қысқартуы мүмкін. Жад ұяшықтарының деградациясына байланысты 18 ай жұмыс істегеннен кейін жабдықтың партиялары істен шыққан жағдайларды көрдік, дегенмен болжалды қызмет ету мерзімі 10 жыл болды.

Өшіру және жазу процесінің физикасын түсіну деректерді сақтау архитектурасын дұрыс жобалауға мүмкіндік береді. Егер сіз калибрлеу коэффициенттерін немесе оқиғалар журналдарын жылдар бойы сақтауы тиіс құрылғыны жобалап жатсаңыз, циклдердің номиналды санын ғана емес, сонымен қатар туннель қосылысы изоляторының тозу үлгілерін білуіңіз керек. Бұл мақалада біз EEPROM сенімділігінің техникалық аспектілерін, қызмет ету мерзімін ұзарту әдістерін және көрсетілген сипаттамаларға сәйкестігіне кепілдік беретін жеткізушіні таңдау критерийлерін қарастырамыз.

Тозу физикасы: жад ұяшығында не болады

Төзімділік шегін түсіну үшін EEPROM (электрлік өшірілетін бағдарламаланатын тек оқуға арналған жад) ұяшығының құрылымын қарау керек. Ол кремний оксидінің қабатымен оқшауланған қалқымалы қақпалы транзисторға негізделген. Деректер жоғары кернеуде осы оқшаулағыш кедергі арқылы электрондарды туннельдеу арқылы жазылады. Өшіру кері процесс.

Электрондардың әрбір осындай өтуі оксидтің кристалдық торын зақымдайды. Уақыт өте келе оқшаулағышта ақаулар жиналады, бұл екі негізгі мәселеге әкеледі:

• Зарядтың ағуы:Жасуша зарядты ұстау қабілетін жоғалтады, бұл өздігінен бит айналуына әкеледі. Қуат көзі болмаса да, деректер бүлінген.
• Зарядтау кептелісі:Кемшіліктер электрондар үшін тұзақ ретінде әрекет етеді. Ұяшық аралық күйде қала отырып, толығымен өшірілмейді немесе жазылмайды. Бұл жад блогын жарамсыз етеді.

Өндірушілер белгілі бір жағдайларда, әдетте +25°C температурада циклдердің кепілдік берілген санын (Төзімділік) көрсетеді. Бірақ Аррениус заңы былай дейді: химиялық реакциялардың жылдамдығы (бұл жағдайда оксидтердің ыдырауы) температураның әрбір 10°С жоғарылауы үшін екі есе артады. Құрылғыңыз +85°C температурада жұмыс істесе, нақты жазу циклінің қызмет ету мерзімі мәлімделгеннен 50%-дан төмен түсуі мүмкін. Бұл теорияның практикадан алшақтататын жері және неге біз өнеркәсіптік құрамдас бөліктерді жобалау кезінде әрқашан сенімділік коэффициентін 2,0 пайдалануды ұсынамыз.

Тағы бір маңызды аспект - деректерді сақтау уақыты. Стандарт ақпаратты 10-20 жыл бойы сақтауды талап етеді. Дегенмен, бұл көрсеткіш аяқталған жазу циклдерінің санымен тікелей байланысты. Ұяшыққа неғұрлым көп жазсаңыз, қуат өшірілгеннен кейін деректер соғұрлым тезірек жоғала бастайды. Медициналық құрылғылар немесе қауіпсіздік жүйелері сияқты маңызды қолданбалар үшін бұл компромисске жол берілмейді.

Нақты сандар: чиптердің әртүрлі серияларындағы жазу циклдарын талдау

Нарықта әртүрлі төзімділік сипаттамалары бар чиптер бар. Таңдау тапсырмаға байланысты. Жобаларымызда қолданатын EEPROM үш негізгі класын салыстырайық.

«Коммерциялық» және «Өнеркәсіптік» сериялар арасындағы алшақтыққа назар аударыңыз. Тексерілмеген көздерден алынған көптеген арзан аналогтар өнеркәсіптік чиптер ретінде белгіленген, бірақ физикалық түрде қайта таңбаланған тұтынушы чиптері. Біздің зертханада біз белгісіз өндірушілердің партияларына стресс-тесттер жүргіздік. Нәтиже болжамды болды: 150 000 циклден кейін қате деңгейі рұқсат етілген стандарттардан асып түсті, дегенмен құжаттамада 1 миллион цикл көрсетілген.

Деректердің шағын көлемін жиі жазуды қажет ететін жобалар үшін (мысалы, есептегіштің ағымдағы күйін әрбір 10 секунд сайын сақтау) стандартты EEPROM сәйкес келмейді. Тозуды теңестіру алгоритмдерін пайдаланған кезде де ресурс тез таусылады. Мұндай жағдайларда FRAM (Ferroelectric RAM) немесе жоғары тозуға төзімділік үшін оңтайландырылған архитектурасы бар арнайы EEPROM немесе тозу контроллері бар сыртқы Flash жадын пайдалануды ұсынамыз.

Енгізілген жүйелердегі EEPROM қызмет ету мерзімін ұзарту стратегиялары

Компонентті қымбатқа ауыстыру арқылы инженерлік мәселе әрқашан шешілмейді. Көбінесе жад алгоритмін өзгерту тиімдірек. Біз аппараттық құралдарды ауыстырмай-ақ жүйенің нақты қызмет ету мерзімін 5-10 есе арттыратын бірнеше дәлелденген әдістерді қолданамыз.

1. Киімді нивелирлеу алгоритмі

Әдістің мәні қарапайым: деректерді әрқашан бір ұяшыққа жазбаңыз. Жадта сақина буферін пайдаланыңыз. Бір мәнді (мысалы, температураны) сақтау қажет болса, оны 1-ұяшыққа, содан кейін 2-ұяшыққа және барлық қол жетімді блокты толтырғанша жазыңыз. Осыдан кейін ғана бірінші ұяшықтарды қайта жазуды бастаңыз. Бұл жүктемені бүкіл жад массивіне таратады. Бұл алгоритмді жүзеге асыру ағымдағы позиция көрсеткішін сақтау үшін тек бірнеше байт жедел жадты қажет етеді.

2. ЖЖҚ-ға буферлеуді жазыңыз

Жаңадан бастағандар жиі жіберетін қателік - айнымалы өзгерген сайын деректерді EEPROM-ға жазу. Егер сенсор +/- 1 бірлікке ауытқыса, секундына жүздеген жазбалар жасауыңыз мүмкін. Шешім: деректерді жедел жадқа жинақтаңыз және мән айтарлықтай өзгергенде немесе таймерде (мысалы, минутына бір рет) ғана өзгермейтін жадқа қалпына келтіріңіз. Бұл жазу циклдарының санын шама бойынша азайтады.

3. Жазар алдында тексеріңіз (оқу-бұрын-жазу)

Жазу циклін бастамас бұрын мақсатты ұяшықтағы ағымдағы мәнді оқыңыз. Жазғыңыз келетін нәрсеге сәйкес келсе, жазу әрекетін өткізіп жіберуіңіз керек. Жазу циклі деректер нақты өзгерген кезде ғана басталады. Бұл қарапайым трюк деректер сирек өзгеретін жүйелердегі циклдердің 90% дейін үнемдей алады.

Бұл әдістер микроконтроллердің логиканы өңдеу үшін жеткілікті жедел жады мен өңдеу қуаты болған жағдайда ғана жұмыс істейтінін есте ұстаған жөн. Өте арзан 8 биттік контроллерлерде код шектеулеріне байланысты күрделі тозуды теңестіру мүмкін болмауы мүмкін.

Сыртқы факторлардың әсері: температура және қоректену кернеуі

EEPROM жадының ұзақ мерзімділігіне және жазу циклдарының санына қоршаған орта жағдайлары үлкен әсер етеді. Өндірушілер чиптерді мінсіз жағдайларда сынақтан өткізеді, бірақ шындық қатал.

Температура.Жоғарыда айтқанымыздай, жоғары температура оксидтің ыдырауын тездетеді. Бірақ төмен температура да қауіпті. Деректерді нөлден төмен температурада (-40°C төмен) жазу кезінде материалдардың тұтқырлығы өзгереді және қажетті туннельдік кернеу жеткіліксіз болуы мүмкін. Бұл толық емес жазуға және деректердің бүлінуіне әкеледі. Құрылғыңыз Сібірде немесе Канадада ашық ауада жұмыс істесе, кеңейтілген температура диапазоны бар чиптерді таңдап, дала сынақтарын өткізіңіз.

Тұрақсыз қуат көзі.EEPROM жүйесіне жазу процесі бірнеше миллисекундты алады (әдетте 5-10 мс). Осы нүктеде кернеудің төмендеуі немесе қуат үзілуі орын алса, ұяшық анықталмаған күйде қалуы мүмкін. Сорақысы, ішкі зарядты басқару логикасы зақымдалуы мүмкін. Қорғау үшін суперконденсаторларды немесе жазу әрекетін аяқтау үшін микроконтроллерге жеткілікті ұзақ қуат беретін UPS пайдаланыңыз. Сондай-ақ, кернеу шекті мәннен төмен түскенде жазуды блоктайтын Қоңыр шығу детекторын пайдаланыңыз.

Біздің клиенттеріміздің бірі ақылды су есептегіштерінің жаппай қайтарылуына тап болды. Себебі тривиальды болып шықты: су балғасы кезінде құбырларда діріл пайда болды, бұл қуат қосқышында қысқа мерзімді байланыс жоғалуына әкелді. Калибрлеу коэффициенттерін жазу кезінде микросекундтық қуат ақаулары ақаулы ұяшықтарға әкелді. Мәселені шешу EEPROM ауыстыру емес, қуат тізбегін өзгерту және VCC желісіне үлкен конденсатор қосу болды.

Сенімді EEPROM жеткізушісін қалай таңдауға болады: сапа критерийлері

Нарық контрафактілік және екінші класты құрамдас бөліктерге толы (белгіленген чиптер). B2B сатып алу үшін дәлелденген жеткізу арналарымен жұмыс істеу өте маңызды. Міне, біз электронды құрамдас жеткізушілерді тексеру кезінде қолданатын бақылау парағы.

• Расталған жеткізу тізбегі:Жеткізуші тауардың шығу тегі туралы сертификаттарды ұсынуы керек. Жеткізу көзін растай алмайтын брокерлерден аулақ болыңыз. ISO 9001 стандарттарына сәйкестік құжаттамасын сұраңыз.
• AEC-Q100 стандарттарын қолдау:Егер сіз автомобиль сегментінде болсаңыз, чиптер AEC-Q100 сертификаты болуы керек. Бұл оның температура мен ылғалдылық циклдерін қоса, сенімділік стресс сынақтарынан өтуін қамтамасыз етеді.
• Сынақ үшін үлгілердің болуы:Алғашқы сынақ үлгілерінсіз үлкен партияға ешқашан тапсырыс бермеңіз. Белгілі бір компонентті қайта қарау үшін деректер кестесін сұраңыз. Берілгендермен төзімділік пен ұстау параметрлерін салыстырыңыз.
• Техникалық қолдау:Жақсы дистрибьютор немесе өндіруші инженерлік қолдау көрсетеді. Уақыт кестелері немесе жазу шарттары туралы сұрақтарыңыз болса, жауаптарды сату менеджерінен емес, білікті мамандардан іздеуіңіз керек.

Біз сұрау бойынша Сенімділік есептерін беретін өндірушілермен жұмыс істейміз. Бұл құжаттарда жеделдетілген қартаю сынағы (HTOL - Жоғары температураның жұмыс істеу мерзімі) деректері бар. Мұндай есептердің болуы өндірушінің өз өніміне деген ашықтығы мен сенімінің белгісі болып табылады.

Бұл сапа мен ашықтыққа деген көзқарасWuhan Xinhualong Technology LLC. 2009 жылы Қытайдың «Оптикалық алқабында» (Ухань) негізі қаланған компания өзін әлемдегі жетекші интегралдық микросхемалар өндірушілері мен түпкі тұтынушылар арасындағы негізгі делдал ретінде көрсетті. Синьхуалунның басты артықшылығы - ол тек түпнұсқа өндірушілердің ресми арналары арқылы жұмыс істейді, бұл жоғарыда айтылғандай жалған немесе қайта таңбаланған чиптерді алу қаупін толығымен жояды.

Компания өндіруші болмаса да, көп деңгейлі тексеру жүйесін енгізді: кіріс инспекциясы, партия нөмірлерін тексеру және техникалық шарттарды қатаң сақтау. Wuhan Xinhualong Technologies ассортименті деректерді сақтау шешімдерін ғана емес, сонымен қатар жоғары технологиялық компоненттердің кең ауқымын қамтиды: аналогты-цифрлық түрлендіргіштер (LHA6961, ZJC2000 сериясы), Loongson 3 архитектуралық процессорлары (LS3D5000), LPDDR4 жедел жады, RF модульдері және мамандандырылған контроллер. Барлық компоненттер қатаң сыналған және өнеркәсіптік автоматтандыру, телекоммуникация және энергетика сияқты маңызды салаларға арналған.

Компания техникалық қолдауға ерекше көңіл бөледі: ішкі қолданбалы инженерлер (FAE) тұтынушыларға бөлшекті сатып алып қана қоймай, оны барлық кезеңде 99% техникалық құзыретті қамтамасыз ете отырып, жобаға біріктіруге көмектеседі. Жеткізу географиясы Қытайды да, ТМД елдерін де, ЕАЭО елдерін де қамтиды, бұл Wuhan Xinhualong Technologies компаниясын компоненттерді локализациялау және үздіксіз өндірісті қамтамасыз ету бойынша сенімді серіктес етеді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Зақымдалған EEPROM ұяшығын жөндеу мүмкін бе?

Жоқ, оксидті қабаттың физикалық тозуы қайтымсыз. Егер ұяшық жазу циклінің шегіне жетсе, ол деректерді сақтау үшін жарамсыз болады. Құрылғының функционалдығын «қалпына келтірудің» жалғыз жолы - егер жад архитектурасы рұқсат берсе, нашар секторларды бағдарламалы түрде пайдаланудан шығару (нашар блокты басқару) немесе чипті ауыстыру.

EEPROM мен флэш-жадтың беріктігі жағынан айырмашылығы неде?

Флэш жадыда әдетте EEPROM (100 000 – 1 000 000+) салыстырғанда жазу циклдері азырақ (NAND Flash үшін 10 000 – 100 000). Дегенмен, Flash арзанырақ және көбірек сақтау тығыздығын ұсынады. EEPROM жеке байттарды қайта жазуға мүмкіндік береді, ал Flash бүкіл блоктарды (беттерді) өшіруді талап етеді, бұл шағын деректерді жиі жаңартуға ыңғайлы емес.

Сатып алынған топтамадағы жазу циклдарының нақты санын қалай тексеруге болады?

Ол үшін стендте жеделдетілген сынақтарды жүргізу қажет. Таңдалған ұяшықтарға сынақ үлгісін жазыңыз, оқыңыз және қателерді тексеріңіз, содан кейін циклды қайталаңыз. Деградация процесін жылдамдату үшін температураны +85°C немесе +105°C дейін көтеру үшін жылу камерасын пайдаланыңыз. Нәтижелеріңізді ресми деректер парағындағы деректермен салыстырыңыз. Егер бас тарту белгіленген шектен ертерек болса, партия қайтарылуы керек.

Деректерді оқу жиілігі EEPROM тозуына әсер ете ме?

Жоқ, оқу операциялары жад жасушаларының физикалық тозуын тудырмайды. Деректерді чиптің ұзақ қызмет ету мерзіміне нұқсан келтірместен шексіз оқи аласыз. Тозу тек жазу және өшіру операциялары кезінде болады. Сондықтан күйлерді немесе конфигурацияларды жиі оқу үшін кодты оңтайландырудан тартынбаңыз.

Қорытынды: Құн мен сенімділікті теңестіру

EEPROM таңдау теңгерімдеу әрекеті болып табылады. Бір рет қолданылатын құрылғылар немесе арзан тұрмыстық техника үшін ресурсы төмен стандартты шешімдер қолайлы. Бірақ тоқтап қалу құны сағатына мыңдаған доллармен өлшенетін өнеркәсіптік автоматтандыру, медициналық жабдықтар мен инфрақұрылым үшін жад сапасын үнемдеуге жол берілмейді.

Мұны есте сақтаEEPROM жады: төзімділік және жазу циклдеріөніміңіздің тұрақтылығының негізі болып табылады. Тозуды теңестіру алгоритмдерін қолданыңыз, температура жағдайларын бақылаңыз және жеткізушілерден дәлелденген сапаны талап етіңіз. Сенімді құрамдас бөліктерге және ақылды дизайнға салынған инвестициялар шағымдар мен ұзақ мерзімді бренд беделі болмаған жағдайда өтеледі.

Келесі жоба үшін сенімді құрамдастарды іздеп жатсаңыз немесе нақты қолданбалар үшін жад микросхемаларын таңдау бойынша кеңес қажет болса да, біздің команда көмектесуге дайын. Біз тек толық техникалық қолдауы бар сертификатталған өнімдерді ұсынамыз.

Бүгін бізге хабарласыңызэлектрондық компоненттерді жеткізу бойынша коммерциялық ұсыныс және техникалық кеңес алу.