Przechowywanie danych na mikrokontrolerze

Po przeczytaniu arkusza danych attiny13 mówi, że może przechowywać swoje dane przez 20 lat w temperaturze 85 stopni Celsjusza i 100 lat w temperaturze 25 stopni Celsjusza.

• Czy to niezależnie od odczytu i zapisu na mikro, na przykład wyłączam go i utrzymuję w stałej temperaturze 85 stopni Celsjusza przez 20 lat i utraci on swoje dane?
• Jak może „stracić” swoje dane? Nie widzę tej koncepcji.
• Także co jest z jednostką ppm (części na milion?), O której wspomniano na stronie 6 w sekcji zatrzymywania danych, ale nie rozumiem, o czym mówi. Widziałem to regularnie, gdy mówię o oscylatorach kryształowych, ale nie mogę zrozumieć, dlaczego jest używany.

Pamięć flash, podobnie jak EEPROM, przechowuje informacje w tak zwanych bramach pływających . Normalne bramki na tranzystorach polowych (MOS) mają zewnętrzne połączenie, przez które FET jest włączany i wyłączany (w przypadku zintegrowanych tranzystorów MOSFET byłoby to połączenie z warstwą metalową). Bramy pływające nie mają tego połączenia pinowego ani metalowego. Są całkowicie izolowane w SiO$_2$ nad kanałem MOSFET-a i w> $10^{14} \Omega$cm SiO$_2$ jest jednym z najlepszych izolatorów, jakie możesz zdobyć.

Podobnie jak tradycyjne MOSFET-y, włączają kanał, kiedy niosą ładunek. Ale w jaki sposób są one wówczas programowane? Poprzez efekt kwantowy zwany tunelowaniem, który jest indukowany przez przyłożenie pola elektrycznego między kanałem a bramą kontrolną. Technologia nosi zatem nazwę FLOTOX , skrót od „FLOating-gate Tunnel OXide”, porównywalny z FAMOS („Floating-gate Avalanche injection Metal Oxide Semiconductor”) stosowanym w starszych EPROM-ach, które można wymazywać za pomocą UV.
(Nie potrafię szczegółowo wyjaśnić tunelowania; efekty kwantowe są sprzeczne z jakąkolwiek logiką. W każdym razie opiera się to w dużej mierze na statystykach).

Twoje pierwsze pytanie jest w rzeczywistości podwójne: 1) czy mogę wykonywać nieograniczoną liczbę odczytów i zapisów oraz 2) czy zachowuje dane, gdy urządzenie nie jest używane (okres przydatności)?
Na początek: nie, nie możesz. Możesz go przeczytać nieograniczoną liczbę razy, ale cykle zapisu są ograniczone. Arkusz danych mówi 10 000 razy. Ograniczona liczba cykli jest spowodowana przez nośniki ładunku pozostawione w pływającej bramie po skasowaniu, których liczba ostatecznie staje się tak duża, że ​​komórki nie można już wymazać.
Czy zachowa swoje dane przez 20 lat nawet bez zasilania? Tak, tak mówi arkusz danych. Obliczenia MTTF (średni czas do awarii) (ponownie metoda statystyczna) przewidują mniej niż 1 część na milion błędów. To właśnie oznacza ppm.

Uwaga na temat MTTF
MTTF oznacza średni czas do awarii , który różni się od MTBF (średni czas między awariami). MTBF = MTTF + MTTR (średni czas naprawy). Ma sens.
Ludzie często używają terminu MTBF, gdy faktycznie mają na myśli MTTF. W wielu sytuacjach nie ma dużej różnicy, na przykład gdy MTTF wynosi 10 lat, a MTTR wynosi 2 godziny. Ale uszkodzone mikrokontrolery nie są naprawiane, są wymieniane, więc ani MTTR, ani MTBF nic tu nie znaczą.

Atmel podaje błędy 1ppm po 100 latach. Oczywiste jest, że AVR nie był produkowany tak długo, więc jak mogliby dojść do tej liczby? Istnieje ciągłe nieporozumienie, że byłoby to po prostu liniowe: 1 wadliwe urządzenie po 1000 000 godzin byłoby takie samo jak 1 wadliwe urządzenie na 1000 godzin w populacji 1000 urządzeń. 1000 x 1000 = 1000 000, prawda? To nie tak działa! To nie jest liniowe. Możesz doskonale mieć błędy po 1 milionie godzin, a żadnych po tysiącu, nawet przy milionowej populacji! Obliczenia MTTF uwzględniają wszelkiego rodzaju efekty, które mogą mieć wpływ na niezawodność produktu, i określają czas dla każdego z nich. Następnie stosuje się metody statystyczne, aby przewidzieć, kiedy produkt ostatecznie zawiedzie. Zobacz też "

(Zapomnij o błędnej Wikipedii na MTBF. To źle.)

Jak traci dane? Ładunek bramki nie przecieka w tym samym sensie wycieki prądu w normalnym obwodzie przez wysokie rezystancje. Będzie to robić tak samo, jak zostało zaprogramowane i usunięte poprzez tunelowanie. Im wyższa temperatura, tym wyższa energia nośników ładunku i większa szansa, że ​​tunelują przez SiO$_2$ warstwa.

Pytanie Federico, czy 1 ppm odnosi się do urządzeń lub komórek, jest uzasadnione. Arkusz danych nie mówi, ale zakładam, że jest to 1 uszkodzona komórka danych na milion. Dlaczego? Gdyby to były urządzenia, pogorszyłyby się dane dla urządzeń z większymi rozmiarami Flash, i są takie same dla 1k jak dla 16k. Również 100 lat jest wyjątkowo długie. Byłbym zaskoczony, gdy 999 999 urządzeń na milion wciąż działa.

obrazy bezwstydnie skradzione tutaj

Ten typ pamięci przechowuje dane jako małe ładunki na izolowanych bramkach FET. To zasadniczo utrzymuje bramkę FET na wysokim lub niskim napięciu. Innym sposobem patrzenia na to samo jest to, że 1 lub 0 jest przechowywane jako napięcie na kondensatorze podłączonym do bramki FET.

Magazyn opłat nie jest stały. W końcu wycieknie wystarczająca ilość ładunku, aby nie można było już wiarygodnie ustalić pierwotnego stanu bitu. Wyższa temperatura ułatwia wyciek ładunku, dlatego specyfikacja zatrzymywania danych jest krótsza w podwyższonej temperaturze.

Jeśli chodzi o ppm, tak, to „części na milion”. Jest to ta sama koncepcja co procent, co jest po prostu innym sposobem mówienia o częściach na sto. 100 ppm = 0,01% = 0,0001

W attiny (jak również w wielu innych uC) „trwałe” dane są przechowywane w pamięci flash - która jest w zasadzie specjalnym tranzystorem, który może „uwięzić” ładunek (jak kondensator). Sztuka polega na tym, że nie ma „drutu” łączącego się z tym kondensatorem - więc są one tylko sposobem na naładowanie lub rozładowanie - odbywa się poprzez tunelowanie kwantowe. Oznacza to, że wyładowania są naprawdę bardzo powolne, a ładowanie / rozładowywanie jest bardzo trudne (każde to ładowanie / rozładowanie uszkadza tranzystor, dlatego ogranicza się do 10k wymazań).

Szybkość tego rozładowania jest ustalana empirycznie i widać to w arkuszu danych.

Ale jest to „typowa” wartość - możesz uzyskać zarówno znacznie wyższe, jak i niższe czasy przechowywania danych - może to być trochę losowe. Nie ma dokładnego sposobu, aby z góry dowiedzieć się, kiedy dane powinny zostać usunięte. Dlatego właśnie to przybliżenie jest widoczne w arkuszu danych + oszacowanie, ile urządzeń będzie gorszych niż to oszacowanie.