Retención de datos en un microcontrolador

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Solo leyendo la hoja de datos de attiny13 dice que puede guardar sus datos por 20 años a 85 grados centígrados y 100 años a 25 grados centígrados.

  • ¿Es esto independientemente de las lecturas y escrituras en el micro, por ejemplo, lo apago y lo mantengo a una temperatura constante de 85 grados centígrados durante 20 años y perderá sus datos?
  • ¿Cómo puede "perder" sus datos? No consigo ver este concepto.
  • También, ¿qué ocurre con la unidad ppm (partes por millón?) que se menciona en la página 6 en la sección de retención de datos, pero no entiendo de qué se trata. Lo he visto regularmente cuando se habla de osciladores de cristal, pero no puedo entender por qué se usa.
pregunta Dean

3 respuestas

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La memoria flash, como EEPROM, almacena su información en las llamadas puertas flotantes . Las puertas normales en (MOS) FET tienen una conexión externa a través de la cual el FET se enciende y apaga (para MOSFET integrados, esto sería una conexión de capa de metal). Las puertas flotantes no tienen esta conexión de pin o capa metálica. Se encuentran completamente aislados en SiO \ $ _ 2 \ $ sobre el canal del MOSFET, y en > \ $ 10 ^ {14} \ Omega \ $ cm SiO \ $ _ 2 \ $ es uno de los mejores aisladores que puede obtener.


Al igual que los MOSFET tradicionales, activan el canal cuando llevan una carga. ¿Pero cómo se programan entonces? A través de un efecto cuántico llamado tunelización que se induce mediante la aplicación de un campo eléctrico entre el canal y una puerta de control. Por lo tanto, la tecnología se llama FLOTOX , abreviatura de "FLOating-gate Tunnel OXide", comparable a FAMOS ("Inyección de avalancha de puertas flotantes de óxido de metal") utilizada en el antiguo EPROMs borrables por UV.
(No puedo explicar en detalle el túnel aquí; los efectos cuánticos desafían cualquier lógica. De todos modos, depende en gran medida de las estadísticas).

Su primera pregunta es en realidad doble: 1) ¿puedo realizar lecturas y escrituras ilimitadas, y 2) conserva los datos cuando el dispositivo no se usa (vida útil)?
Para empezar con lo primero: no, no puedes. Puede leerlo un número ilimitado de veces, pero los ciclos de escritura son limitados. La hoja de datos dice 10 000 veces. El número limitado de ciclos se debe a los portadores de carga que quedan en la puerta flotante después del borrado, cuyo número al final llega a ser tan grande que la celda ya no se puede borrar. ¿Conservará sus datos durante 20 años incluso sin energía? Sí, eso es lo que dice la hoja de datos. Los cálculos de MTTF (Tiempo medio hasta la falla) (de nuevo un método estadístico) predicen menos de 1 error parte por millón . Eso es lo que significa el ppm.

  

una nota sobre MTTF
  MTTF significa Tiempo medio hasta error , que es diferente de MTBF (Tiempo medio entre fallos). MTBF = MTTF + MTTR (Tiempo medio de reparación). Tiene sentido.
  La gente a menudo usa el término MTBF cuando en realidad quiere decir MTTF. En muchas situaciones no hay mucha diferencia, como cuando el MTTF es de 10 años, y el MTTR es de 2 horas. Pero los microcontroladores fallidos no se reparan , se reemplazan, por lo que ni MTTR ni MTBF significan nada aquí.

     

Atmel cita errores de 1 ppm después de 100 años. Es obvio que el AVR no ha estado en producción durante tanto tiempo, así que, ¿cómo llegarían a esa cifra? Existe un malentendido persistente de que esto sería simplemente una cosa lineal: 1 dispositivo defectuoso después de 1000 000 horas sería lo mismo que 1 dispositivo defectuoso por 1000 horas en una población de 1000 dispositivos. 1000 x 1000 = 1000 000, ¿verdad? ¡No es así como funciona! No es lineal. Puede tener errores perfectamente después de 1 millón de horas, y ninguno después de mil, ¡incluso con una población de un millón! Los cálculos de MTTF tienen en cuenta todo tipo de efectos que pueden influir en la confiabilidad del producto y asignan un tiempo para cada uno de ellos. Luego, los métodos estadísticos se utilizan para llegar a una predicción cuando el producto finalmente fallará. Véase también "curva de la bañera".

     

(Olvida el artículo de error de Wikipedia en MTBF. Está mal.)

¿Cómo pierde sus datos? La carga de la compuerta no se perderá en el mismo sentido que las fugas de corriente en el circuito normal a través de altas resistencias. Lo hará de la misma manera que está programado y borrado, a través de túneles. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la energía de los portadores de carga y mayor será la posibilidad de que atraviesen un túnel a través de la capa SiO \ $ _ 2 \ $.

La pregunta de Federico si el 1 ppm se refiere a dispositivos o celdas está justificado. La hoja de datos no lo dice, pero supongo que es una celda de datos defectuosa por millón. ¿Por qué? Si fueran dispositivos, obtendrían peores cifras para dispositivos con tamaños de Flash más grandes, y son los mismos para 1k que para 16k. Además, 100 años es extremadamente largo. Me sorprendería ver que 999 999 dispositivos de un millón siguen funcionando.

imágenes robadas descaradamente aquí

    
respondido por el stevenvh
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Este tipo de memoria almacena datos como pequeñas cargas en puertas FET aisladas. Esto esencialmente mantiene la compuerta FET a un voltaje alto o bajo. Otra forma de ver lo mismo es que el 1 o 0 se almacena como un voltaje en un condensador conectado a una compuerta FET.

El almacenamiento de carga no es permanente. Eventualmente, la carga será suficiente para que el estado original de la broca ya no pueda determinarse de manera confiable. Una temperatura más alta facilita un poco la fuga de la carga, por lo que la especificación de retención de datos es más corta a una temperatura elevada.

En cuanto a ppm, sí, eso es "partes por millón". Es el mismo concepto que el porcentaje, que es solo otra forma de decir partes por cien. 100 ppm = .01% = .0001

    
respondido por el Olin Lathrop
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Los datos "permanentes" de attiny (así como muchos otros uC) se almacenan en la memoria flash, que es básicamente un transistor especial que puede "atrapar" la carga (como un condensador). El truco es que no hay un 'cable' conectado a este condensador, por lo que solo es una forma de cargarlo o descargarlo, a través de la tunelización cuántica. Esto significa que las descargas son realmente lentas, y es bastante difícil cargarlas / descargarlas (cada una, esta carga / descarga daña el transistor, por eso se limita a 10k borrados).

La velocidad de esta descarga se determina empíricamente, y se ve en la hoja de datos.

Pero este es un valor 'típico': puede que obtengas ambos mucho más alto & menores tiempos de retención de datos - esto puede ser un poco aleatorio. No hay una manera exacta de averiguar por adelantado cuándo deben desaparecer los datos. Es por eso que ve esta aproximación en la hoja de datos + estimación de la cantidad de dispositivos que será peor que esta estimación.

    
respondido por el BarsMonster

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