Авторы: Валерий Бауткин, Игорь Буслов, Евгений Линьков 30.10.2010
Введение
В этой статье рассматриваются особенности программаторов для микросхем, используемых в аппаратуре специального назначения и отличие этих программаторов от универсальных программаторов для микросхем общего и широкого применения. Программаторы для микросхем широкого применения намного менее требовательны к своим параметрам, по сравнению с программаторами для микросхем специального назначения.
Требования к программаторам для микросхем специального назначения
Большинство микросхем используемых в аппаратуре специального и аэрокосмического назначения относится к классу однократно программируемых. Именно такие микросхемы более устойчивы к внешним дестабилизирующим факторам. Практически во всех подобных микросхемах ячейки памяти построены по принципу разрушения (пережога) перемычек, пробоя диэлектрика или создания проводящей зоны путем расплавления полупроводникового перехода.
В отличие от программаторов для микросхем общего применения, программаторы для микросхем специального назначения требуют иных подходов при их разработке. Дело в том, что процедуры программирования микросхем данных серий более сложны, требуют подачи сигналов программирования с высокими токами и напряжениями, часто отрицательной полярности. Потребляемые в процессе программирования токи так же достаточно велики. Требования к временной диаграмме подачи импульсов программирования, их длительности, фронтам нарастания и спада сигналов более жесткие и противоречивые.
Для многих микросхем, программируемых путем разрушения перемычек (значительная часть номенклатуры серии 556) процедуры программирования относительно простые. Требования к временной диаграмме не очень жёсткие, да и сама процедура не слишком чувствительна к отклонению параметров (даже за пределы рекомендуемых). Более капризными являются микросхемы серий 541 и 1623. А вот для микросхем, программируемых путем создания проводящей зоны за счет нагрева (556РТ161) или пробоя диэлектрика (1632РТ1, 1635РТ2), требования к процедурам программирования необходимо соблюдать очень скрупулезно и точно придерживаться рекомендаций руководства по программированию данных приборов. Сами по себе эти процедуры достаточно сложны, а временные и электрические параметры весьма жёсткие.
Особенности программирования микросхем серий 556 и 541
Процессы программирования большинства микросхем серий 556 и 541 хорошо известны и подробно описаны не только в документации, но и рассмотрены в литературе. В предлагаемом материале мы постараемся более подробно коснуться мало описанных особенностей процесса.
Рассмотрим программирование микросхемы 556РТ161. Согласно руководству по программированию, на программируемый выход подается импульс тока амплитудой 60 мА ±5% с ограничением на уровне 20 В ±5%. При подключении сигнала программирования через резистор 180 Ом происходит почти нормальное программирование микросхемы, коэффициент программирования (КП) в пределах нормы. Однако, как показывают измерения, ток программирования колеблется в пределах от 39 до 83 мА, что явно не соответствует руководству по программированию на данный тип изделия. Дополнительная стабилизация тока влечет за собой и дополнительные затраты — аппаратные и экономические.
Особенности программирования микросхем серий 1623 и 1635
Микросхема 1623РТ2, хоть и является однократно программируемой, содержит дополнительные ячейки, предназначенные для корректировки уже записанной информации. Для выполнения процедуры корректировки требуется подача импульсов отрицательной полярности.
При записи микросхемы 1635РТ2У требуется формирование импульсов программирования отрицательной полярности с амплитудой 10В и длительностью фронта нарастания/спада сигнала не более 10 нс.
Соблюдение руководства по программированию
Для программаторов общего применения определяющим фактором является стоимость программатора и время записи информации в микросхему. Многие современные микросхемы имеют большой объем памяти и небольшое время записи одной ячейки, поэтому именно быстродействие программатора напрямую влияет на время программирования микросхем.
Что касается программаторов для изделий специального и двойного назначения наиболее важно соблюдение технических условий в части руководства по программированию и обеспечение необходимой надёжности записи микросхем. Скорость работы процессора программатора, как таковая, решающего значения не имеет, поскольку процедуры программирования данных микросхем являются длительными сами по себе. Наибольшее влияние на скорость программирования микросхемы в целом оказывает именно длительность записи информации в каждую ячейку, предопределенная техническими условиями, а не общее быстродействие программатора.
В программаторах общего применения наибольшее внимание уделяется сервисному программному обеспечению, возможности обновления (в том числе удаленного) программного обеспечения программатора, пополнению базы программируемых микросхем.
Для программаторов специального назначения все эти параметры не столь существенны. На первое место выходит точность соблюдения требований руководства по программированию и круглосуточный режим работы.
Сервисное программное обеспечение для программирования микросхем специального назначения может быть много проще, чем у универсальных программаторов, поскольку не требуются многочисленные манипуляции с данными. Прошивки микросхем, как правило, уже отработаны, необходимо только выполнить тиражирование.
Несколько слов об обеспечении круглосуточного непрерывного режима работы программатора. При программировании обычных микросхем (EEPROM и FLASH-память, микроконтроллеры) ничего особенного в обеспечении непрерывной работы программатора нет, поскольку токи потребления данными микросхемами, как в режиме чтения, так и в режиме записи, незначительны. Другое дело биполярные микросхемы — они сами по себе потребляют значительный ток в режиме записи, при этом ещё необходимо стабильно обеспечить требуемые длительности фронтов и спадов сигналов программирования. Здесь важно, чтобы программатор был спроектирован с учетом непрерывной записи биполярных микросхем.
Контроль параметров программирования
Существенной составной частью технических мероприятий по обеспечению надежности программатора является контроль параметров программирования в процессе эксплуатации. Минимально необходимым является контроль тока программирования (защита от перегрузок), желателен контроль всех напряжений программирования и температурного режима. Не менее значительным фактором является диагностика всех параметров программирования. Режим самотестирования присутствует практически во всех программаторах, но это проверка «исправен/неисправен». Для программаторов специального назначение важно иметь возможность, перед записью каждой партии микросхем, проводить проверку на соответствие требованиям руководства по программированию (длительности сигналов, их амплитуды, токи) хотя бы с использованием внешних измерительных приборов, например, осциллографа. Программное обеспечение программатора должно явно поддерживать этот режим диагностики параметров записи, поскольку их измерение в процессе записи реальной микросхемы весьма затруднительно, если вообще представляется возможным.
Полностью эта статья была опубликована в журнале "Современная электроника". Прочитать ее полностью можно здесь.