東芝THGBMNG5D1LBAIL e - MMC模塊：技術(shù)剖析與應用指南
東芝THGBMNG5D1LBAIL e - MMC模塊：技術(shù)剖析與應用指南
在當今數(shù)字化時代，存儲設(shè)備的性能和可靠性對于各類電子系統(tǒng)至關(guān)重要。東芝的THGBMNG5D1LBAIL e - MMC模塊以其出色的特性和性能，成為眾多電子設(shè)備的理想存儲解決方案。本文將深入剖析該模塊的各項技術(shù)細節(jié)，為電子工程師在設(shè)計過程中提供全面的參考。
文件下載：THGBMNG5D1LBAIL.pdf
一、產(chǎn)品概述
THGBMNG5D1LBAIL是一款4GB密度的e - MMC模塊，采用153球BGA封裝。它集成了先進的東芝NAND閃存設(shè)備和控制器芯片，組成多芯片模塊，并遵循行業(yè)標準的MMC協(xié)議，使用起來非常方便。
1.1 產(chǎn)品特性
- 接口：具備JEDEC/MMCA Version 5.0接口，支持1 - I/O、4 - I/O和8 - I/O模式。
-
引腳連接：采用P - WFBGA153 - 1113 - 0.50封裝（11.5mm x 13mm，最大高度0.8mm），詳細的引腳定義如下表所示： Pin Number Name Pin Number Name Pin Number Name Pin Number Name A3 DAT0 C2 VDDi J5 Vss N4 VccQ A4 DAT1 C4 VssQ J10 Vcc N5 VssQ A5 DAT2 C6 VccQ K5 RST_n P3 VccQ A6 Vss E6 Vcc K8 Vss P4 VssQ B2 DAT3 E7 Vss K9 Vcc P5 VccQ B3 DAT4 F5 Vcc M4 VccQ P6 VssQ B4 DAT5 G5 Vss M5 CMD B5 DAT6 H5 DS M6 CLK B6 DAT7 H10 Vss N2 VssQ
1.2 產(chǎn)品規(guī)格
- 密度與封裝：4GB密度，封裝尺寸為11.5mm x 13mm x 0.8mm（最大）。
- NAND閃存類型：采用1 x 32Gbit 15nm NAND閃存。
- 重量：典型值為0.18g。
- 工作溫度：-25°C至+85°C。
- 存儲溫度：-40°C至+85°C。
二、性能表現(xiàn)
2.1 順序訪問性能
| 在X8模式下，不同頻率和電壓下的讀寫性能如下表所示： | TOSHIBA Part Number | Density | NAND Flash Type | Interleave Operation | Frequency /Mode | VccQ | Typ. Performance [MB/sec] | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Read | Write | |||||||
| THGBMNG5D1LBAIL | 4GB | 1 x 32Gbit 15nm | Non Interleave | 52MHz/SDR | 1.8V | 46 | 14 | |
| 3.3V | 46 | 14 | ||||||
| 52MHz/DDR | 1.8V | 88 | 14 | |||||
| 3.3V | 88 | 14 | ||||||
| HS200 | 1.8V | 152 | 14 | |||||
| HS400 | 1.8V | 152 | 14 |
2.2 電源供應
- Vcc：2.7V至3.6V。
- VccQ：1.7V至1.95V / 2.7V至3.6V。
2.3 工作電流
| 不同頻率和電壓下的最大工作電流如下表所示： | TOSHIBA Part Number | Density | NAND Flash Type | Interleave Operation | Frequency /Mode | VccQ | Max Operating Current [mA] | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Iccq | Icc | |||||||
| THGBMNG5D1LBAIL | 4GB | 1 x 32Gbit 15nm | Non Interleave | 52MHz/SDR | 1.8V | 60 | 25 | |
| 3.3V | 70 | 25 | ||||||
| 52MHz/DDR | 1.8V | 70 | 30 | |||||
| 3.3V | 85 | 30 | ||||||
| HS200 | 1.8V | 90 | 30 | |||||
| HS400 | 1.8V | 100 | 30 |
2.4 睡眠模式電流
| 典型值和最大值的睡眠模式電流如下表所示： | TOSHIBA Part Number | Density | NAND Flash Type | Interleave Operation | Iccqs [ μ A] | Iccqs+Iccs [ μ A] | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Typ. *1 | Max. *2 | Typ. *1 | Max. *2 | |||||
| THGBMNG5D1LBAIL | 4GB | 1 x 32Gbit 15nm | Non Interleave | 100 | 510 | 120 | 560 |
注：1：典型值的條件為25°C和(VccQ = 3.3 ~V)或1.8V；2：最大值的條件為85°C和(VccQ = 3.6 ~V)或1.95V。
三、寄存器信息
3.1 OCR寄存器
| OCR bit | VDD Voltage window | Value | |
|---|---|---|---|
| [6:0] | Reserved | 000 0000b | |
| [7] | 1.70 - 1.95 V | 1b | |
| [14:8] | 2.0 - 2.6 V | 000 0000b | |
| [23:15] | 2.7 - 3.6 V | 1 1111 1111b | |
| [28:24] | Reserved | 0 0000b | |
| [30:29] | Access Mode | 10b | |
| [31] | ( card power up status bit (busy) ) 1 |
3.2 CID寄存器
| CID - slice | Name | Field | Width | Value |
|---|---|---|---|---|
| [127:120] | Manufacturer ID | MID | 8 | 0001 0001b |
| [119:114] | Reserved | - | 6 | 0b |
| [113:112] | Device/BGA | CBX | 2 | 01b |
| [111:104] | OEM/Application ID | OID | 8 | 0b |
| [103:56] | Product name | PNM | 48 | 0x30 30 34 47 41 30 (004GA0) |
| [55:48] | Product revision | PRV | 8 | 0x02 |
| [47:16] | Product serial | PSN | 32 | Serial number |
| [15:8] | Manufacturing date | MDT | 8 | see - JEDEC Specification |
| [7:1] | CRC7 checksum | CRC | 7 | CRC7 |
| [0] | Not used, always ‘1’ | - | 1 | 1b |
3.3 CSD寄存器
CSD寄存器包含了設(shè)備的各種特性和參數(shù)，詳細信息可參考原文中的表格。
3.4 擴展CSD寄存器
擴展CSD寄存器提供了更多的設(shè)備信息和功能設(shè)置，同樣可在原文表格中查看詳細內(nèi)容。
四、電氣特性
4.1 直流特性
- 絕對最大額定值：
- 電源電壓1（VCC）：-0.5V至4.1V。
- 電源電壓2（VCCQ）：-0.5V至4.1V。
- 電壓輸入（VIO）：-0.5V至VCCQ + 0.5（≤4.1V）。
- 電源供應電壓：
- VCC：2.7V至3.6V。
- VCCQ：1.7V至1.95V / 2.7V至3.6V。
4.2 供電電流
不同操作模式下的供電電流在前面性能表現(xiàn)部分已有提及。
4.3 內(nèi)部電阻和設(shè)備電容
| Parameter | Symbol | Test Conditions | Min | Max | Unit |
|---|---|---|---|---|---|
| Single device capacitance | C DEVICE | ? | 6 | pF | |
| Internal pull up resistance DAT1 – DAT7 | R INT | 10 | 150 | kΩ |
4.4 總線信號電平
- 開漏模式總線信號電平：
- 輸出高電壓（VOH）：VCCQ - 0.2V。
- 輸出低電壓（VOL）：≤0.3V（OL = 2 mA）。
- 推挽模式總線信號電平（高壓）：
- 輸出高電壓（VOH）：0.75 * VCCQ（IOH = -100 μA @ VCCQ min）。
- 輸出低電壓（VOL）：≤0.125 * VCCQ（IOL = 100 μA @ VCCQ min）。
- 輸入高電壓（VIH）：0.625 * VCCQ至VCCQ + 0.3V。
- 輸入低電壓（VIL）：VSS - 0.3V至0.25 * VCCQ。
- 推挽模式總線信號電平（雙電壓）：
- 輸出高電壓（VOH）：VCCQ - 0.45V（IOH = -2mA）。
- 輸出低電壓（VOL）：≤0.45V（IOL = 2mA）。
- 輸入高電壓（VIH）：0.65 * VCCQ至VCCQ + 0.3V。
- 輸入低電壓（VIL）：VSS - 0.3V至0.35 * VCCQ。
4.5 驅(qū)動器類型定義
| 在JEDEC標準中，Driver Type - 0是e - MMC HS200和HS400設(shè)備的強制類型，另外還有四種可選類型（1、2、3和4）以支持更廣泛的主機負載。不同類型的驅(qū)動器具有不同的標稱阻抗和驅(qū)動能力，如下表所示： | Driver Type | TOSHIBA e - MMC | Nominal Impedance (Driver strength) | Approximated driving capability compared to Type - 0 | Remark |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | Supported | 50 Ω (18mA) | x1 | Default Driver Type. Recommendation at HS400 under the condition of JEDEC standard reference load. | |
| 1 | Supported | 33 Ω (27mA) | x1.5 | ||
| 2 | Supported | 66 Ω (14mA) | x0.75 | ||
| 3 | Supported | 100 Ω (9mA) | x0.5 | Recommendation at HS400 under the condition of JEDEC standard reference load. | |
| 4 | Supported | 40 Ω (23mA) | X1.2 |
五、總線時序
5.1 高速接口時序
| Parameter | Symbol | Min | Max | Unit | Remark |
|---|---|---|---|---|---|
| Clock CLK (1) | |||||
| Clock frequency Data Transfer Mode (PP) (2) | f pp | 0 | 52 (3) | MHz | C L ≤ 30pF Tolerance: +100kHz |
| Clock frequency Identification Mode (OD) | f OD | 0 | 400 | kHz | Tolerance: +20kHz |
| Clock high time | t WH | 6.5 | ? | ns | C L ≤ 30pF |
| Clock low time | t WL | 6.5 | ? | ns | C L ≤ 30pF |
| Clock rise time (4) | t TLH | ? | 3 | ns | C L ≤ 30pF |
| Clock fall time | t THL | ? | 3 | ns | C L ≤ 30pF |
| Inputs CMD, DAT (referenced to CLK) | |||||
| Input set - up time | t ISU | 3 | ? | ns | C L ≤ 30pF |
| Input hold time | t IH | 3 | ? | ns | C L ≤ 30pF |
| Outputs CMD, DAT (referenced to CLK) | |||||
| Output Delay time during Data Transfer | t ODLY | ? | 13.7 | ns | C L ≤ 30pF |
| Output hold time | t OH | 2.5 | ? | ns | C L ≤ 30pF |
| Signal rise time (5) | t rise | ? | 3 | ns | C L ≤ 30pF |
| Signal fall time | t fall | ? | 3 | ns | C L ≤ 30pF |
5.2 向后兼容接口時序
| Parameter | Symbol | Min | Max | Unit | Remark(1) |
|---|---|---|---|---|---|
| Clock CLK(2) | |||||
| Clock frequency Data Transfer Mode (PP)(3) | fpp | 0 | 26 | MHz | CL ≤ 30pF |
| Clock frequency Identification Mode (OD) | fOD | 0 | 400 | kHz | |
| Clock high time | tWH | 10 | ? | ns | CL ≤ 30pF |
| Clock low time | tWL | 10 | ? | ns | CL ≤ 30pF |
| Clock rise time(4) | tTLH | 10 | ? | ns | CL ≤ 30pF |
| Clock fall time | tTHL | ? | 10 | ns | CL ≤ 30pF |
| Inputs CMD,DAT (referenced to CLK) | |||||
| Input set - up time | tISU | 3 | ? | ns | CL ≤ 30pF |
| Input hold time | tIH | 3 | ? | ns | CL ≤ 30pF |
| Outputs CMD,DAT (referenced to CLK) | |||||
| Output set - up time(5) | tOSU | 11.7 | ? | ns | CL ≤ 30pF |
| Output hold time(5) | tOH | 8.3 | ? | ns | CL ≤ 30pF |
5.3 2倍數(shù)據(jù)速率操作時的DAT信號總線時序
在雙數(shù)據(jù)模式下，DAT信號在CLK的上升和下降沿同步操作，CMD信號仍在CLK的上升沿同步操作。具體時序參數(shù)可參考原文表格。
5.4 HS200模式總線時序
- HS200時鐘時序：
- 周期（tPERIOD）：5ns（200MHz最大）。
- 上升和下降時間（tTLH, tTHL）：≤0.2 * tPERIOD（200MHz時≤1ns，絕對最大值為10ns）。
- 占空比：30%至70%。
- HS200設(shè)備輸入時序：
- **輸入建立時間（tISU）
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