3.2 Описание взаимодействия основных блоков структурной схемы

Электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство работает во взаимодействии с I2C шиной. Рассмотрим режимы и протоколы, при которых ЭСППЗУ функционирует.

ЭСППЗУ, как отмечалось выше, предназначено для хранения, записи и считывания информации. Для хранения информации в ЗУ существует специальный вид транзисторов, основанных на так называемых МНОП-стрктурах. Для записи и считывания информации существуют режимы или протоколы, которые задаются процессором управления или микроконтролером. Эти протоколы задают в каком из режимов будет функционировать ЭСППЗУ. Протоколы представляют собой цифровую последовательность, которая передается по шине управления I2C. Приведем протокол в режиме "Чтения" с вводом адреса слова (таблица 3.2), сокращенный протокол в режиме "Чтения" (таблица3.3), протокол в режиме "Стирание/Запись" двух байтов (таблица 3.4) и протокол в режиме "Стирание/Запись" страницы (таблица 3.5). Также приведем таблицу 3.1, в которой раскрываются обозначения слов приведенных в протоколах.

Таблица3.3

Таблица3.4

Таблица3.5

Из протоколов очевидно, что каждая передача данных начинается с условия "Старт" и завершается условием "Стоп". Информация передается в байтоорганизованной форме. Число байтов информации, передаваемых между условиями "Старт" и "Стоп" ограничено в режиме "Стирание/Запись" и неограниченно в режиме "Чтение". Каждое слово из восьми бит (каждый байт) сопровождается проверочным девятым битом, битом подтверждения. Семь из восьми бит информации является адресом ЭСППЗУ, восьмой бит определяет направление передачи информации.

Особенностью протоколов в режиме "Чтения" является изменение направления передачи информации по линии SDA: до окончания управляющего слова CS/RD микросхема принимает информацию, а после него происходит передача (считывание) данных. Один раз задав протокол можно последовательно считать неограниченное число байтов данных. После каждого байта внутрикристальный счетчик адреса автоматически приращивается на "единицу" пополучению подтверждения от "главного приемника" (Am=0). Сразу после отрицательного фронта тактового импульса подтверждения ( в случае As или Am=0) выход МС является низкоомным и на линии SDA устанавливается первый бит считываемого байта информации. В случае передачи информации микросхемой последнего байта ведущее устройство должно выдать не сигнал, подтверждающий прием, а передать ведомому устройству информацию об окончании приема (Am=0). В этом случае после отрицательного фронта тактового импульса подтверждения выход МС переводится в состояние с высоким выходным сопротивлением (закрывается), на линии SDA устанавливается высокий уровень, разрешающий ведущему устройству выработать условие "Стоп".

Как видно из функциональной схемы ЭСППЗУ перед тем , как цифровая последовательность поступит в блок логики управления I2C шиной, она проходит коррекцию амплитуды и длительности составляющих ее импульсов. После того, как ведущее устройство сформировала условие "Стоп" начинается внутренний цикл программирования, посредством которого информация записывается, считывается либо стирается. Рассмотрим, что же происходит.

Блок логики управления I2C шиной отслеживает поступаемый адрес в цифровой последовательности, а компаратор адреса сравнивает приходящий адрес с адресом "зашитым" в ЭСППЗУ. Далее, так как внутри ЭСППЗУ существует внутренняя параллельная шина, то необходимо последовательную цифровую последовательность перевести в параллельную. Для этих целей служит сдвиговый регистр. Указатель адреса показывает через декодер строк к какой строке накопителя и напрямую к строке страничного регистра идет обращения при стирании, записи или считывании. Также указатель адреса показывает декодеру столбцов к какой ячейке идет обращение. Блок задания временной последовательности координирует работу при обращении к накопителю, то есть при стирании или записи новой информации он дает "разрешение" на включение генератора высокого напряжения. При считывании информации из накопителя генератор высокого напряжения должен быть выключен.

Необходимо различать два основных режима записи: побайтовая запись и страничная запись. В первом случае, после принятия адреса слова микросхема выдает подтверждение, принимает последующие восемь бит данных и снова выдает подтверждение. При этом адрес слова автоматически приращивается. После этого ведущее устройство может тотчас же прервать передачу посредством формирования условия "Стоп". После формирования условия "Стоп" стартует активный процесс перепрограммирования и последовательная шина свободна для другой передачи. Если ЭСППЗУ адресуется через I2C шину во время программирования, то она не выдает бит подтверждения.

Страничный режим записи инициируется таким же образом, как и операция записи байта. Только во время одной передачи ведущее устройство передает 32 байта данных. После приема каждого байта пять младших разрядов адреса слова внутренне приращивается. Пять старших разрядов адреса слова остаются неизменными. ЭСППЗУ подтверждает прием каждого байта данных формированием бита подтверждения. Передача по шине прерывается ведущим устройством посредством формирования условия "Стоп" после тридцать второго байта данных. Если ведущее устройство передает более тридцати двух байтов прежде чем выработать условие "Стоп", то подтверждение на последующие байты данных не дается, вся передача игнорируется и программирование не осуществляется.

4. ОБОСНОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К ЗАПОМИНАЮЩЕМУ УСТРОЙСТВУ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМНИКА

Согласно техническому заданию на дипломное проектирование необходимо разрабатывать ЭСППЗУ со следующими электрическими параметрами:

1.          Емкость накопителя – 16К (2Кх8) бит, где К=1024 бит.

2.          Напряжение питания UCC=2,7 – 5,5 В.

3.          Длительность цикла стирание/ запись не более 10 мс.

4.          Число циклов стирание/запись 1000000.

5.          Тактовая частота 300 кГц.

6.          Входное напряжение низкого уровня на входе SCL, UIL=-0,8 0,3 В.

7.          Входное напряжение высокого уровня на входе SCL, UIH=0,7UCC 6,5 В.

8. Входное напряжение низкого уровня на входе/выходе SDA, UIL=-0,8 0,3 В.

9. Входное напряжение высокого на входе/выходе SDA, UIH=0,7UCC 6,5 В.

Обоснуем выбор данных электрических параметров.

Согласно ГОСТу 24459-80 [13], который распространяется, на интегральные МС ЗУ и элементов ЗУ: ОЗУ, АЗУ, ЗУ на ПЗС и цилиндрических магнитных доменах; постоянные ЗУ, программируемые маской, ПЗУ с однократным электрическим программированием; ПЗУ с многократным электрическим программированием, и устанавливает допускаемые сочетания значений основных параметров ЗУ – число информационных слов, число разрядов в информационном слове, время выборки, потребляемую мощность.

В пункте 3 данного ГОСТа говориться, что допускаемые сочетания значений числа информационных слов и числа разрядов в информационном таблицы слове для ПЗУ, ПЗУ с однократным электрическим программированием и ПЗУ с многократным электрическим программированием должны соответствовать таблице 2 ГОСТа 24459-80. Мы не будем приводить всей таблицы, а лишь воспользуемся некоторыми цифрами: 8 – число разрядов в информационном слове и 16К – число информационных слов, где К=1024 бит. Эти данные свидетельствуют, что емкость накопителя может быть реализована с помощью 8 разрядов в информационном слове в объеме 16К, где К=1024 бит.

Согласно пункту 6 ГОСТа 24459-80 допускаемые сочетания значений времени выборки ПЗУ с многократным электрическим программированием на основе МНОП структур выбирается из диапазона из 40 до 4000 нс. Длительность цикла стирание/запись зависит от времени выборки и может быть менее 10 нс. Это значение является верхним пределом и выбор меньшего значения будет уже зависит не только от времени выборки, но и от других причин.

Согласно ГОСТу 17230-71 [14] распространяющегося на интегральные микросхемы, номинальное напряжение питания для последних может быть выбрано из ряда значений. Приведем несколько номиналов из этого ряда: 2,7; 3,0; 3,5; 4,5; 4,8; 5,2; 5,5 В. Одно из значений этого ряда будет выбрано в соответствии с необходимым напряжением питания.

Следующий параметр – число циклов стирание/запись. Этот параметр зависит от двух факторов. В первую очередь он зависит от изменения пороговых напряжений в ячейке памяти, вследствие чего происходит утечка заряда из области формирования заряда. В результате этого область формирования заряда разрушается, и информация исчезает. Второй фактор – это разброс температур, то есть вышеперечисленные операции происходят быстрее.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10