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FLASH高速PCB布局布線設計指南                      FLASH高速PCB布局布線設計指南

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目前Flash主要有兩種NOR Flash和NADN Flash

NOR Flash的讀取和我們常見的SDRAM的讀取是一樣,使用者可以直接運作裝載在NOR FLASH裡面的代碼,這樣可以減少SRAM的容量進而節約了成本。

NAND Flash沒有采取記憶體的随機讀取技術,它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進行的,通常是一次讀取512個位元組,采用這種技術的Flash比較廉價。

一般小容量的用NOR Flash,因為其讀取速度快,多用來存儲作業系統等重要資訊,而大容量的用NAND FLASH,最常見的NAND FLASH應用是嵌入式系統采用的DOC(Disk On Chip)和我們通常用的"閃盤",可以線上擦除。

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                                               NOR和NAND性能比較

FLASH閃存是非易失存儲器,可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再程式設計。任何flash器件的寫入操作隻能在空或已擦除的單元内進行,所 以大多數情況下,在進行寫入操作之前必須先執行擦除。NAND器件執行擦除操作是十分簡單的,而NOR則要求在進行擦除前先要将目标塊内所有的位都寫為 1。

  由于擦除NOR器件時是以64~128KB的塊進行的,執行一個寫入/擦除操作的時間為5s,與此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的塊進行的,執行相同的操作最多隻需要4ms。

  執行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距,統計表明,對于給定的一套寫入操作(尤其是更新小檔案時),更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進行。這樣,當選擇存儲解決方案時,設計師必須權衡以下的各項因素:

  ● NOR的讀速度比NAND稍快一些。

  ● NAND的寫入速度比NOR快很多。

  ● NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。

  ● 大多數寫入操作需要先進行擦除操作。

  ● NAND的擦除單元更小,相應的擦除電路更少。

(注:NOR FLASH SECTOR擦除時間視品牌、大小不同而不同,比如,4M FLASH,有的SECTOR擦除時間為60ms,而有的需要最大6s。)

                                               NAND Flash的用途

HDD是指機械硬碟,是傳統普通的硬碟,包括:盤片、磁頭、磁盤旋轉軸及控制電機、磁頭控制器、資料轉接器、接口、緩存。

SDD(Solid State Drives)是固态硬碟,包括:控制單元、存儲單元(DRAM晶片/FLASH晶片)。

差別:HDD是機械式尋找資料,是以防震遠低于SSD,資料尋找時間也遠低于SSD。

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                                                   FLASH管腳定義

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根據上圖翻譯如下:

1. I/O0 ~ I/O7:用于輸入位址/資料/指令,輸出資料。

2. CLE:Command Latch Enable,指令鎖存使能,在輸入指令之前,要先在模式寄存器中,設定CLE使能

3. ALE:Address Latch Enable,位址鎖存使能,在輸入位址之前,要先在模式寄存器中,設定ALE使能

4. CE#:Chip Enable,晶片使能,在操作Nand Flash之前,要先選中此晶片,才能操作

5. RE#:Read Enable,讀使能,在讀取資料之前,要先使CE#有效。

6. WE#:Write Enable,寫使能,在寫取資料之前,要先使WE#有效。

7. WP#:Write Protect,寫保護

8. R/B#:Ready/Busy Output,就緒/忙,主要用于在發送完程式設計/擦除指令後,檢測這些操作是否完成,忙,表示程式設計/擦除操作仍在進行中,就緒表示操作完成.

9. Vcc:Power,電源

10. Vss:Ground,接地

11. N.C:Non-Connection,未定義,未連接配接。

                                Nand Flash資料讀取操作的時序圖

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①邊上的黃色豎線。

黃色豎線所處的時刻,是在發送讀操作的第一個周期的指令0x00之前的那一刻。

讓我們看看,在那一刻,其所穿過好幾行都對應什麼值,以及進一步了解,為何要那個值。

(1)黃色豎線穿過的第一行,是CLE。還記得前面介紹指令鎖存使能(CLE)那個引腳吧?CLE,将CLE置1,就說明你将要通過I/O複用端口發送進入Nand Flash的,是指令,而不是位址或者其他類型的資料。隻有這樣将CLE置1,使其有效,才能去通知了内部硬體邏輯,你接下來将收到的是指令,内部硬體邏輯,才會将受到的指令,放到指令寄存器中,才能實作後面正确的操作,否則,不去将CLE置1使其有效,硬體會無所适從,不知道你傳入的到底是資料還是指令了。

(2)而第二行,是CE#,那一刻的值是0。這個道理很簡單,你既然要向Nand Flash發指令,那麼先要選中它,是以,要保證CE#為低電平,使其有效,也就是片選有效----》CHIP ENABLE。

(3)第三行是WE#,意思是寫使能。因為接下來是往nand Flash裡面寫指令,是以,要使得WE#有效,是以設為低電平。

(4)第四行,是ALE是低電平,而ALE是高電平有效,此時意思就是使其無效。而對應地,前面介紹的,使CLE有效,因為将要資料的是指令,而不是位址。如果在其他某些場合,比如接下來的要輸入位址的時候,就要使其有效,而使CLE無效了。

(5)第五行,RE#,此時是高電平,無效。可以看到,直到後面第6階段,才變成低電平,才有效,因為那時候,要發生讀取指令,去讀取資料。

(6)第六行,就是我們重點要介紹的,複用的輸入輸出I/O端口了,此刻,還沒有輸入資料,接下來,在不同的階段,會輸入或輸出不同的資料/位址。

(7)第七行,R/B#,高電平,表示R(Ready)/就緒,因為到了後面的第5階段,硬體内部,在第四階段,接受了外界的讀取指令後,把該頁的資料一點點送到頁寄存器中,這段時間,屬于系統在忙着幹活,屬于忙的階段,是以,R/B#才變成低,表示Busy忙的狀态的。

                                                FLASH參考原理圖

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                                                  PCB布局布線設計指南

1)布局:

(1) NAND 應靠近主要擺放;

(2)去耦電容均靠近 NAND 擺放;

(3) RE、 WE、 DQS 信号串接電阻靠近主要擺放,串阻與主要連接配接走線距離≤300mil;

2) 信号線走線要求:

(1) NAND 與主要走線間走線≤2000mil;

(2) 走線阻抗 50 歐;

(3)線間距≥2 倍線寬;

(4) D0~D7、 RE、 WE 相對于 DQS 做等長,控制≤300mil;

(5) D0~D7 上使用過孔的數量盡量相同;

(6)務必保證走線參考平面完整;

(7)走線盡量避開高頻信号;

(8) VCC/VCCQ 線寬不小于 12mil,或直接使用敷銅代替電源走線;電源線上如有過孔,則過孔數量不少于 2 個,避免過孔限流影響供電;

                                                   FLASH實戰案例展示

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