ROM programable

Una memoria de solo lectura programable (PROM) es una forma de memoria digital en la que el contenido se puede cambiar una vez después de la fabricación del dispositivo. Los datos son entonces permanentes y no se pueden cambiar. Es un tipo de memoria de sólo lectura (ROM). Las PROM se utilizan en dispositivos electrónicos digitales para almacenar datos permanentes, generalmente programas de bajo nivel como firmware o microcódigo. La diferencia clave con una ROM estándar es que los datos se escriben en una ROM durante la fabricación, mientras que con una PROM los datos se programan después de la fabricación. Por lo tanto, las ROM tienden a usarse solo para grandes series de producción con datos bien verificados. Las PROM se pueden usar cuando el volumen requerido no hace que una ROM programada de fábrica sea económica, o durante el desarrollo de un sistema que finalmente se puede convertir a ROM en una versión producida en masa.

Las PROM se fabrican en blanco y, según la tecnología, se pueden programar en oblea, prueba final o en el sistema. Los chips PROM en blanco se programan conectándolos a un dispositivo llamado programador PROM. Las empresas pueden mantener un suministro de PROM en blanco en stock y programarlos en el último minuto para evitar compromisos de gran volumen. Estos tipos de memorias se utilizan con frecuencia en microcontroladores, consolas de videojuegos, teléfonos móviles, etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID), dispositivos médicos implantables, interfaces multimedia de alta definición (HDMI) y en muchos otros productos electrónicos de consumo y automoción.

Historia

El PROM fue inventado en 1956 por Wen Tsing Chow, que trabajaba para la División Arma de American Bosch Arma Corporation en Garden City, Nueva York. La invención fue concebida a pedido de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos para encontrar una forma más flexible y segura de almacenar las constantes de orientación en la computadora digital aerotransportada del Atlas E/F ICBM. La patente y la tecnología asociada se mantuvieron bajo orden de confidencialidad durante varios años, mientras que el Atlas E/F era el principal misil operativo de la fuerza ICBM de los Estados Unidos. El término quemar, que hace referencia al proceso de programación de una PROM, también se encuentra en la patente original, ya que una de las implementaciones originales era quemar literalmente los bigotes internos de los diodos con una sobrecarga de corriente para producir un circuito. discontinuidad. Las primeras máquinas de programación PROM también fueron desarrolladas por ingenieros de Arma bajo la dirección de Chow y se ubicaron en el laboratorio de Garden City de Arma y en la sede del Comando Aéreo Estratégico (SAC) de la Fuerza Aérea.

Memoria programable una sola vez

La memoria OTP (programable una vez) es un tipo especial de memoria no volátil (NVM) que permite que los datos se escriban en la memoria solo una vez. Una vez que la memoria ha sido programada, retiene su valor ante la pérdida de energía (es decir, no es volátil). La memoria OTP se usa en aplicaciones donde se requiere una lectura de datos confiable y repetible. Los ejemplos incluyen código de inicio, claves de cifrado y parámetros de configuración para circuitos analógicos, sensores o pantallas. OTP NVM se caracteriza, sobre otros tipos de NVM como eFuse o EEPROM, por ofrecer una estructura de memoria de bajo consumo y área pequeña. Como tal, la memoria OTP encuentra aplicación en productos de microprocesadores & controladores de pantalla a circuitos integrados de administración de energía (PMIC).

Las matrices de memoria OTP basadas en antifusibles de semiconductores disponibles comercialmente han existido al menos desde 1969, con celdas de bits antifusibles iniciales que dependen de quemar un condensador entre las líneas conductoras que se cruzan. Texas Instruments desarrolló un antifusible de ruptura de óxido de puerta MOS en 1979. En 1982 se introdujo un antifusible MOS de dos transistores (2T) de óxido de puerta dual. Las primeras tecnologías de ruptura de óxido exhibían una variedad de problemas de escala, programación, tamaño y fabricación que impedían producción de dispositivos de memoria basados en estas tecnologías.

Otra forma de dispositivo de memoria programable de una sola vez utiliza el mismo chip semiconductor que una memoria programable de solo lectura que se puede borrar con luz ultravioleta (UV-EPROM), pero el dispositivo terminado se coloca en un paquete opaco, en lugar del costoso paquete de cerámica. con ventana de cuarzo transparente requerida para borrar. Estos dispositivos se programan con los mismos métodos que las piezas UV EPROM pero son menos costosos. Los controladores integrados pueden estar disponibles tanto en estilo borrable en campo como de una sola vez, lo que permite un ahorro de costos en la producción de volumen sin el gasto y el tiempo de espera de los chips ROM de máscara programados en fábrica.

Aunque la PROM basada en antifusibles ha estado disponible durante décadas, no estuvo disponible en CMOS estándar hasta 2001, cuando Kilopass Technology Inc. patentó las tecnologías de celdas de bits antifusibles de 1T, 2T y 3,5T mediante un proceso CMOS estándar, lo que permitió la integración de PROM en chips lógicos CMOS. El primer antifusible de nodo de proceso que se puede implementar en CMOS estándar es de 0,18 um. Dado que la ruptura del óxido de la puerta es menor que la ruptura de la unión, no se requirieron pasos especiales de difusión para crear el elemento de programación antifusible. En 2005, Sidense introdujo un dispositivo antifusible de canal dividido. Esta celda de bits de canal dividido combina los dispositivos de óxido grueso (IO) y delgado (puerta) en un transistor (1T) con una puerta de polisilicio común.

Programación

Texas Instruments PROM tipo TBP18SA030N

Una PROM típica viene con todos los bits como "1". Quemar un bit de fusible durante la programación hace que el bit se lea como "0" por "soplado" los fusibles, que es un proceso irreversible. Algunos dispositivos se pueden "reprogramar" si los nuevos datos reemplazan "1"s con "0"s. Algunos conjuntos de instrucciones de la CPU (p. ej., 6502) aprovecharon esto al definir una instrucción de interrupción (BRK) con el código de operación '00'. En los casos en que hubiera una instrucción incorrecta, podría ser "reprogramada" a un BRK que hace que la CPU transfiera el control a un parche. Esto ejecutaría la instrucción correcta y volvería a la instrucción posterior al BRK.

La celda de bits se programa aplicando un pulso de alto voltaje que no se encuentra durante una operación normal a través de la puerta y el sustrato del transistor de óxido delgado (alrededor de 6 V para 2 óxido de nm de espesor, o 30 MV/cm) para descomponer el óxido entre la puerta y el sustrato. El voltaje positivo en la puerta del transistor forma un canal de inversión en el sustrato debajo de la puerta, lo que provoca que una corriente de túnel fluya a través del óxido. La corriente produce trampas adicionales en el óxido, aumentando la corriente a través del óxido y finalmente derritiendo el óxido y formando un canal conductor desde la puerta hasta el sustrato. La corriente necesaria para formar el canal conductor es de alrededor de 100 µA/100 nm² y la descomposición ocurre en aproximadamente 100 µs o menos.