标签: NOR FLASH

　　雷龙发展Nand flash芯片试用体验 　　一、项目背景 　　最近自己开始准备了一个智能家居控制系统项目，需要包含室内的温湿度、空气质量、烟雾浓度以及气体含量，能够存储相应的数据，并进行显示。 　　Nand-flash存储器是flash存储器的一种，其内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。Nand-flash存储器具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，因而在业界得到了越来越广泛的应用，如嵌入式产品中包括数码相机、MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等。 　　二、产品解析 　　NOR和NAND是市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND flash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。 　　“NAND存储器”经常可以与“NOR存储器”相互换使用。许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处，因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码并且需要多次擦写，这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。 　　NOR的特点是芯片内执行（XIP, eXecute In Place），这样应用程序可以直接在flash 闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除 速度大大影响了它的性能。 　　NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理需要特殊的系统接口。 　　三、主要区别 　　NOR与NAND的区别 　　性能比较 　　flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除 操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前 先要将目标块内所有的位都写为0。 　　由于擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s ，与此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的块进 行的，执行相同的操作最多只需要4ms。 　　执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NAND之间的性能差距，统计表明，对于给定的一套写入操作（尤其是更新小文件时）， 更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样，当选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各项因素。 　　NOR的读速度比NAND稍快一些。 　　NAND的写入速度比NOR快很多。 　　NAND的擦除速度远比NOR快。 　　NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更加简单。 　　NAND的实际应用方式要比NOR复杂的多。 　　NOR可以直接使用，并在上面直接运行代码，而NAND需要I/O接口，因此使用时需要驱动。 　　接口差别 　　NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每 一个字节。 　　NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同 。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。 　　NAND读和写操作采用512字节的块，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。NOR的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place),这样应用程序可以直接在flash闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中。 　　NOR的传输效率很高,在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。 　　NAND结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理需要特殊的系统接口。 　　NAND Flash 的数据是以bit的方式保存在memory cell，一般来说，一个cell 中只能存储一个bit。这些cell 以8个或者16个为单位，连成bit line，形成所谓的byte(x8)/word(x16)，这就是NAND Device的位宽。这些Line会再组成Page，(NAND Flash 有多种结构，例如NAND Flash 是K9F1208,下面内容针对三星的K9F1208U0M)，每页528Bytes(512byte(Main Area)+16byte(Spare Area))，每32个page形成一个Block(32*528B)。具体一片flash上有多少个Block视需要所定。再例如三星k9f1208U0M具有4096个block，故总容量为4096*（32*528B）=66MB，但是其中的2MB是用来保存ECC校验码等额外数据的，故实际中可使用的为64MB。 　　四、产品介绍 　　CSNP64GCR01-AOW 　　不用写驱动程序自带坏块管理的NAND Flash（贴片式TF卡），尺寸小巧，简单易用，兼容性强，稳定可靠，固件可定制，LGA-8封装，标准SDIO接口，兼容SPI，兼容拔插式TF卡/SD卡，可替代普通TF卡/SD卡，尺寸7x8.5mm，内置平均读写算法，通过1万次随机掉电测试，耐高低温，机贴手贴都非常方便，速度级别Class10（读取速度23.5MB/S写入速度12.3MB/S）标准的SD 2.0协议使得用户可以直接移植标准驱动代码，省去了驱动代码编程环节。支持TF卡启动的SOC都可以用SD NAND，提供STM32参考例程及原厂技术支持，容量：8GB，比TF卡稳定，比eMMC易用，样品免费试用。 　　五、产品优势 　　六、样品展示 　　很感谢雷龙发展提供了样品支持和试用，让自己的项目得到了更好的实现，这一次制作的U盘读取和写入使用到了这款产品，体验到了产品的优势和核心性能，感觉真的挺好的。 　　实物转接板 　　芯片实物图 雷龙发展官方网址： SD NAND FLASH-贴片式SD卡-贴片式t卡-存储芯片 ———————————————— 　　亲爱的卡友们，欢迎光临雷龙官网，如果看完文章之后还是有疑惑或不懂的地方，请联系我们，自己去理解或猜答案是件很累的事，请把最麻烦的事情交给我们来处理，术业有专攻，闻道有先后， 深圳市雷龙发展 专注存储行业13年，专业提供小容量存储解决方案。

随着国内对集成电路，特别是存储芯片的重视，前来咨询我们关于NOR Flash，NAND Flash，SD NAND, eMMC, Raw NAND的客户越来越多了。这里我们专门写了这篇文章：1，把常用的存储产品做了分类; 2把一些产品的特点做一个描述。 在正式开始介绍之前，我们给大家推(an)荐(li)一款非常易用稳定的Flash产品：CS创世 SD NAND。具备如下特点： 1，免驱动使用；2，可机贴；3，尺寸小巧。6*8mm，LGA-8封装； 4，擦写寿命长；5，耐高低温冲击；6，容量适宜（128MB~4GB） 具体可以可以看链接： http://www.longsto.com/product/31.html 我们把存储产品大概分为E2PROM，NOR，NAND 3类，他们框架如下： 一，E2PROM 容量非常小，目前存在于一些MCU内部，遥控器，电风扇等小家电里。用来存储一些基础信息。用户基本不关心这个。因此这里不做详细描述。 二，NOR Flash 是目前应用领域最广泛的一种存储芯片了.基本上主流的电子产品里都有使用。甚至我们手机摄像头内部，屏幕驱动电路板上都会用到。主要用来存储代码和一些比较小的数据文件。主流是SPI NOR接口; 主流容量:1Mbit~128Mbit; 封装：SOP-8居多，也有更小的；尺寸也都比较小。 NOR Flash架构决定了它的容量不能做大，而且读取速度比较慢。好处在于比较简单易用。甚至可以直接用地址访问到数据，不需要建立文件系统。（这点攻城狮朋友们比较喜欢） 三，NAND Flash 应该是目前最热门的存储芯片了。因为我们生活中经常使用的电子产品都会涉及到它。比如你买手机，肯定会考虑64GB，还是256GB？买笔记本是买256GB，还是512GB容量的硬盘呢？（目前电脑大部分采用了基于NAND Flash产品的固态硬盘）。这里我们从如下几方面做一个分类： 3.1 内部材质 NAND FLASH从材质上可以分为SLC/MLC/TLC/QLC，本质区别就是在最小的存储单元内能存放多少bit的信息。SLC(2bit)/MLC(4bit)/ TLC(8bit)/ QLC(16bit). 这样晶圆的存储密度会翻倍。这4种晶圆的特点如下： 可以看到从SLC 到QLC 擦写寿命越来越短，性能和品质越来越差。目前我们主流的消费类电子产品使用的大容量产品，基本都是TLC/QLC了。比如手机，笔记本里的固态硬盘。 3.2 生产工艺 目前主要有2D和3D。主流生产工艺已经升级到3D了。2D和3D区别可以看如下的示意图： 可以理解2D工艺就是老的砖瓦房，3D工艺就是摩天大楼。带来的最大好处就是存储密度N倍的增长。最近几年手机，笔记本的主流容量都在变大跟产业使用了3D工艺有直接关系。 3.3 使用特点/管理机制 NAND Flash产品本身存在一定的特性，要正常使用，必须配备对应的管理机制。主要有： 1，NAND Flash存在位翻转和位偏移。本来存储的是0101的数据，有一定概率会变成1010。这个时候就需要配备EDC/ECC机制； 2，NAND Flash出厂时会有坏块（不用惊讶，原厂出厂的时候都会标识出来，而且比例是很低），在使用当中也可能产生坏块。因此需要配备 动态和静态坏块管理机制； 3，NAND Flash有写入寿命的限制。每个块都有擦写寿命。因此需要配备 平均读写机制。让整体的块能够均衡的被使用到； 4，NAND Flash是先擦后写，集中擦写的强电流会对周边块有影响等。需要配备 垃圾回收，均衡电荷散射机制等。 CS创世 SD NAND把这些算法都集成到内部了。示意图如下 3.4 产品分类 简单的可以按照如下划分： Raw NAND本质上是把NAND Flash晶圆的Pad点引出来，封装成TSOP48/BGA等颗粒。 由于里面不带控制器，针对NAND Flash的各种管理算法都需要在CPU端来做，一来会涉及到写驱动的问题；二来会增加CPU的负荷。 带控制器的产品，我们分为芯片类和模组类两种。由于产品的设计初衷不一样，导致两类产品的品质要求有很大区别。具体我们曾经写了一篇文章专门讲过这个： http://www.longsto.com/news/25.html。 芯片类产品有SD NAND，eMMC, SPI NAND. 他们共同特点是内部都带了针对NAND Flash的管理机制。相对来说可以减轻CPU的负荷。但SPI NAND除外，它内部只带了部分管理算法，因此还是需要写驱动。 模组类产品主流的有TF/SD卡，SSD，U盘等。 这里我们把几个常用产品做一个简单的对比： CS创世 SD NAND和几个产品的具体对比，也可以参考如下文章： SD NAND VS TF卡: http://www.longsto.com/news/8.html SD NAND VS Raw NAND: http://www.longsto.com/news/6.html SD NAND VS eMMC: http://www.longsto.com/news/7.html SD NAND VS SPI NAND: http://www.longsto.com/news/26.html 亲爱的卡友们，欢迎光临雷龙官网，如果看完文章之后还是有疑惑或不懂的地方，请联系我们，自己去理解或猜答案是件很累的事，请把最麻烦的事情交给我们来处理，术业有专攻，闻道有先后，雷龙发展专注存储行业13年，专业提供小容量闪存解决方案。

　　随着目前产品小型化的需求越来越多，且可穿戴设备的逐渐普及，工程师们对于芯片小型化的需求也越来越强烈，这个就涉及到了芯片的封装工艺。这次，我们只针对 NAND flash 的封装进行介绍。 　　芯片常用封装有：DIP、QFP、PFP、PGA、BGA、TSOP、COB等封装。这里主要介绍NAND FLASH常用的三种封装（TSOP、BGA、COB）。 　　 　　1.TSOP封装 　　TSOP是“Thin Small Outline Package”的缩写，意思是薄型小尺寸封装。TSOP内存是在芯片的周围做出引脚，采用SMT技术（表面安装技术）附着在PCB板的表面，装配高度不到1.27mm。具体到FLASH这类型芯，工艺主要是把FLASH晶圆固定在钢板框架上，然后通过打线把晶圆上的点连接到框架的PIN脚上，再对表面进行注胶。 　　目前的最高的封闭技术能把四颗晶圆封闭在一个TSOP 的FLASH内。此种TSOP封装的FLASH相对较厚。TSOP特点：电流大幅度变化时，引起输出电压较小，适合高频应用，操作比较方便（如方便手工贴片或拆片及反复利用），可靠性也比较高。同时TSOP封装具有成品率高。价格相对COB高，因此得到了极为广泛的应用。 　　2.COB封装 　　COB(chip on board) 板上芯片封装，是裸芯片贴装技术之一。半导体芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与PCB板是通过邦定连接的方法实现。NAND FLASH行业使用COB的封装方式主要是节省成本考虑。工程师先把外围电气走线画好，然后在PCB板上点红胶，把晶圆按指定方向及位置贴好。 　　然后使用邦定机对晶圆进行邦定。确认邦定电气性能良好后，对晶圆表面及PCB板部分进行树脂覆盖固定。COB 是最简单的裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如TSOP和BGA技术。 　　3.BGA封装 　　 　　BGA(ball grid array) 球形触点陈列，表面贴装型封装之一。在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以 代替引脚，在印刷基板的正面装配NANDflash 芯片，然后用模压树脂或灌封方法进行密封。封装本体也可做的比QFP(四侧引脚扁平封装)小。 　　BGA主要特点：1、I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率 2、虽然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能 3、信号传输延迟小，适应频率大大提高 4、组装可用共面焊接，可靠性大大提高。此封闭应用在NAND FLASH方面，主要影响是：1、可针对一些大尺寸晶圆进行封装。2、减小NAND flash封装片的面积，适用于对于主板尺寸要求严格的产品，特别是近些年来的可穿戴设备，对于产品尺寸的要求相当严格。3、此封闭大部分为原装片使用。黑片相对较少使用BGA。 　　从上面可以看出BGA的封装是比较适合小型化需求的，以韩国ATO solution公司为例，1Gb容量的NAND flash，BGA的最小尺寸可以做到6.5 X 8 mm （48ball），普通的1Gb NAND flash的尺寸为9 X 9 mm（48ball）。对于产品空间要求比较苛刻的客户可以选择。 　　亲爱的卡友们，如果看完文章之后还是有疑惑或不懂的地方，请联系我们，自己去理解或猜答案是件很累的事，请把最麻烦的事情交给我们来处理，术业有专攻，闻道有先后， 深圳市雷龙发展 专注存储行业13年，专业提供小容量存储解决方案。

本文要点： 1. NAND FLASH与NOR FLASH 的技术对比； 2. 最详细的存储单元对比详解； 3. NAND FLASH与NOR FLASH 的最新市场份额及应用； 4. NAND FLASH与NOR FLASH 的基础原理分析。 目前，NOR FLASH和NAND FLASH是市场上主要的非易失性闪存技术，但是据我了解，还是有很多工程师分不清NAND FLASH与NOR FLASH。首先，来一个直观地图片。 然后，我从权威的网站上找到了最新的NAND FLASH收益以及市场份额表，根据最新的表单，我们可以知道谁是这个市场的老大，做的比较好一些，一方面让工程师时刻知道市场的动向，另一方面可以在之后的器件选型等方便提供重要的参考。 一般来说，快闪记忆体可分为两大规格，一个是NAND, 一个是NOR。简单来说，NAND一般以存储数据为主，晶片容量大，容量可以达到2Gb甚至更大，NAND的读取是以一次读取一块的形式来进行的，通常一次读取512个字节，采用这种技术的Flash比较廉价；NOR一般以存储程序代码为主，又称为Code Flash，所以可让微处理器直接读取，但晶片容量较低，主流容量512Mb，NOR采用内存的随机读取技术。如果利用闪存只是用来存储少量的代码，这是NOR Flash更合适一些。用户不能直接运行NAND Flash上的代码，因此很多使用NAND Flash的Demo Board除了使用NAND Flash以外，还加上一块小的NOR Flash来运行启动代码。通过下表我比较了几乎所有关于NAND FLASH以及NOR FLASH的全部重要特性。 然后，对于Flash三个重要概念的理解： Flash属于非易失性存储设备，内部存储单元是MOSFET，里面有一个悬浮门(Floating Gate), 是存储数据的单元。与此对应的，易失性存储设备就是断电后，数据就丢失了，例如常用的内存，不论是之前的SDRAM，还是现在通用的DDR3以及DDR4，都是断电后，数据就没有了。 SLC和MLC的区别：NAND FLASH的内存单元可以分为两类，存储一位数据，也就是SLC(Single Level Cell); 对应的，存储多位数据的就是MLC(Multi Level Cell)，比如两位，或者四位。 大多数的写入操作需要先进行擦除操作。 到此，对于NAND FLASH以及NOR FLASH 我们有了一个基本的认识。 我对知识的学习一个重要的方法是对比，通过图表的对比更能看出各自的差异化，从而达到加深知识的效果，因此我做了下图来比较目前还算所有存储器的最小单元结构图，便于学习与理解。 原理分析 要说明此原理，需要一些基本的量子物理学，我认为以下这种论述是比较适合理解的，也很有趣： 经典物理学认为，物体越过势垒，有一定的阈值能量；所以，粒子能量小于此阈值能量的不能越过，能量大于此阈值能量的可以越过。举例来说，我们骑自行车过坡道，如果先用力骑，因此有一定初入能量，坡道不高的话，即使不蹬自行车也可以依靠惯性过去；但是，如果坡道很高，不蹬自行车，可能车到了一半，可能就退回来了。 而量子力学则认为，即便是粒子能量小于阈值能量，同时很多粒子冲向势垒，虽然也有一部分粒子会反弹，但是还会有一些粒子可以越过去，好像有一个隧道，因此称为量子隧道。 对比二者的差异发现，宏观上的确定性在微观上常常就具有不确定性。因为隧穿几率极小，因此通常情况下，隧道效应并不影响经典的宏观效应，但是某些特殊条件下也会出现。当微电子器件进一步微型化是必须要考虑量子效应。 NAND FLASH的擦写均是基于隧道效应，电流穿过浮置栅极与硅基层之间的绝缘层，对浮置栅极进行充电（写数据）或放电（擦除数据）；另外，NOR FLASH擦除数据也是基于隧道效应（电流从浮置栅极到硅基层），但在写入数据时则是采用热电子注入方式（电流从浮置栅极到源极）。 对于FLASH闪存单元来说，它是为三端器件，与场效应管有相同的名称：源极、漏极和栅极。栅极与硅衬底之间有二氧化硅绝缘层，用来保护浮置栅极中的电荷不会泄漏。采用这种结构，使得存储单元具有了电荷保持能力。举个栗子，就像是装进瓶子里的水，当你倒入水后，水位就一直保持在那里，除非你再次倒入或倒出，所以闪存具有记忆能力。 绝缘浮置栅极是NAND存储数据的核心