鎂光256Gb NAND Flash芯片介紹
總體概述
穎特新科技帶您了解該芯片是一款典型的大容量NAND Flash存儲顆粒，支持Open NAND Flash Interface (ONFI) 2.1的接口標準，采用ONFI NANDFlash的操作協(xié)議。該芯片采用Multiple-level Cell （MLC）技術(shù)，根據(jù)不同的容量，一個芯片內(nèi)部封裝了多個DIE（LUN），每個DIE由兩個Plane構(gòu)成，一個Plane可以分成2048個Block，每個Block由256頁組成，一個頁的大小為8KB+448B的組織結(jié)構(gòu)方式。
在性能方面，一個Page頁的讀延遲在50us左右，頁編程時間為900us，塊擦除時間長達3ms。每個塊的標稱擦除壽命達到5000次。
芯片接口及信號
鎂光的芯片支持同步和異步兩種接口模式。在異步接口模式下，采用5個控制信號，分別為#CE，CLE，ALE，#WE和#RE，另外#WP用于控制芯片的寫保護，R/#B用于檢測芯片的當前狀態(tài)。在同步操作模式下，#WR引腳為時鐘輸入信號，#RE信號為讀寫方向指示信號。
NAND Flash的接口信號具體定義如下：
一個NAND Flash物理芯片可以由多個DIE（或者稱之為LUN）的單元構(gòu)成，每個DIE會有一套獨立的上述提及的控制信號線。一個DIE中會存在若干個Plane，每個Plane有許多Block單元組成，一個Block單元是一個最小的擦除單位，并且有數(shù)量較多的Page頁構(gòu)成，每次寫的最小單元就是一個Page頁。對于容量較小的芯片，芯片廠商只會封裝一個DIE，每個DIE的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：
對于鎂光512Gb芯片，一個DIE內(nèi)部集成了兩個Plane，通過一套控制信號線和寄存器控制內(nèi)部的兩個Plane同時并發(fā)工作。值得一提的是，多個DIE（LUN）可能會共享一套控制信號線，因此，在物理上多個DIE會被封裝成一個Target。需要注意的是，同一個Target內(nèi)部的DIE雖然共享了物理信號線，但是寄存器都是相互獨立的。因此，從結(jié)構(gòu)上來看，一個NAND Flash的內(nèi)部架構(gòu)可以只由一個DIE（LUN）構(gòu)成，如下圖所示：
也可以在一個芯片中集成多個DIE（LUN），每個DIE擁有一套獨立的物理信號線，如下圖所示：
在高密的封裝中，沒有那么多的物理信號線，那么同一個Target中會集成多個DIE（LUN），如果下圖所示：
無論如何去封裝，每個DIE（LUN）中的基本結(jié)構(gòu)是相同的。
NAND Flash存儲單元
NAND Flash中一個DIE（LUN）中的存儲單元通常由多個Plane構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如下：
上圖所示的一個Page頁大小為8KB，考慮到spare area的448字節(jié)空間，因此需要14位地址訪問一個page頁，即地址信號的最低14位為頁內(nèi)地址。一個block塊內(nèi)部有256個page頁，需要8位地址（Page address，PA）信息去訪問一個block塊內(nèi)部的不同page頁。一個Plane內(nèi)部存在2048個block塊，需要11位（Block address，BA）去訪問一個Plane中的不同block塊。一個DIE（LUN）中存在2個Plane，需要一位地址位去訪問一個DIE中的不同Plane。因此，40位地址信息的定義如下表所示：
CA0~CA13為頁內(nèi)偏移訪問地址信息，PA0~PA7為頁地址信息，BA8為DIE中的Plane選擇地址位，BA9~BA19為DIE中的塊地址信息，另外，LA0為一個Target中的DIE（LUN）選擇地址位，在該NANDFlash芯片中，一個Target中可以集成2個DIE。
在每個Plane單元中都存在兩個寄存器：一個為cache寄存器；另一個為data寄存器。Cache寄存器的作用是緩存NAND Flash控制器輸入的數(shù)據(jù)，而data寄存器的作用是提升數(shù)據(jù)讀取和寫入的性能，數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)加載之間的操作。在數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)寫入的過程中，都提供了流水并發(fā)操作模式，這類模式都充分利用了這個data寄存器。
讀寫操作時序
鎂光的NAND Flash芯片提供了兩種操作模式，一種為異步操作模式；另一種為同步操作模式。異步操作是一種比較傳統(tǒng)的接口模式，NAND Flash和控制器處于兩個時鐘域，所有的信號在數(shù)據(jù)傳輸過程中都需要進行同步操作，因此性能比較差。同步操作由外部提供參考時鐘，NAND Flash和控制器處于同一個時鐘域，可以獲取較高的讀寫性能。
異步操作
異步操作模式非常適合單片機之類的控制器對其進行操作，不需要特殊的NAND Flash控制器，普通的總線操作就可以對NAND Flash進行控制操作。異步數(shù)據(jù)寫操作的時序如下圖所示：
在#WE信號的驅(qū)動下，DQ總線上輸入對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并且在#WE信號上升沿之后需要保持tDH時間。在#WE信號上升沿驅(qū)動下，DQ總線上的數(shù)據(jù)被鎖存到NAND Flash的數(shù)據(jù)寄存器中。
在RDY信號為高電平時，說明可以從NAND Flash指定位置中讀取數(shù)據(jù)，讀操作的時序如下圖所示：
在讀信號#RE的下降沿驅(qū)動下，數(shù)據(jù)從NAND Flash中輸出到數(shù)據(jù)總線DQ上。NAND Flash控制器可以在#RE信號的上升沿采樣數(shù)據(jù)總線DQ上的數(shù)據(jù)。當NAND Flash控制器給定的讀信號頻率較快時，通過#RE上升沿信號無法正確采樣數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)時，可以通過下一個#RE信號的下降沿采樣總線上的輸出數(shù)據(jù)。如下圖所示：
因此，在異步總線操作時，需要考慮#RE讀信號頻率和tRC之間的時間關(guān)系。通過這個時間關(guān)系來確定具體的讀數(shù)據(jù)采樣方式。
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編輯：simon 最后修改時間：2019-07-07
