东芝THGBMNG5D1LBAIL e - MMC模块：技术剖析与应用指南

在当今数字化时代，存储设备的性能和可靠性对于各类电子系统至关重要。东芝的THGBMNG5D1LBAIL e - MMC模块以其出色的特性和性能，成为众多电子设备的理想存储解决方案。本文将深入剖析该模块的各项技术细节，为电子工程师在设计过程中提供全面的参考。

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一、产品概述

THGBMNG5D1LBAIL是一款4GB密度的e - MMC模块，采用153球BGA封装。它集成了先进的东芝NAND闪存设备和控制器芯片，组成多芯片模块，并遵循行业标准的MMC协议，使用起来非常方便。

1.1 产品特性

• 接口：具备JEDEC/MMCA Version 5.0接口，支持1 - I/O、4 - I/O和8 - I/O模式。

• 引脚连接：采用P - WFBGA153 - 1113 - 0.50封装（11.5mm x 13mm，最大高度0.8mm），详细的引脚定义如下表所示：	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 产品规格

• 密度与封装：4GB密度，封装尺寸为11.5mm x 13mm x 0.8mm（最大）。
• NAND闪存类型：采用1 x 32Gbit 15nm NAND闪存。
• 重量：典型值为0.18g。
• 工作温度：-25°C至+85°C。
• 存储温度：-40°C至+85°C。

二、性能表现

2.1 顺序访问性能

在X8模式下，不同频率和电压下的读写性能如下表所示：	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 电源供应

• Vcc：2.7V至3.6V。
• VccQ：1.7V至1.95V / 2.7V至3.6V。

2.3 工作电流

不同频率和电压下的最大工作电流如下表所示：	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 睡眠模式电流

典型值和最大值的睡眠模式电流如下表所示：	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：典型值的条件为25°C和(VccQ = 3.3 ~V)或1.8V；2：最大值的条件为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寄存器包含了设备的各种特性和参数，详细信息可参考原文中的表格。

3.4 扩展CSD寄存器

扩展CSD寄存器提供了更多的设备信息和功能设置，同样可在原文表格中查看详细内容。

四、电气特性

4.1 直流特性

• 绝对最大额定值：
  • 电源电压1（VCC）：-0.5V至4.1V。
  • 电源电压2（VCCQ）：-0.5V至4.1V。
  • 电压输入（VIO）：-0.5V至VCCQ + 0.5（≤4.1V）。
• 电源供应电压：
  • VCC：2.7V至3.6V。
  • VCCQ：1.7V至1.95V / 2.7V至3.6V。

4.2 供电电流

不同操作模式下的供电电流在前面性能表现部分已有提及。

4.3 内部电阻和设备电容

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 总线信号电平

• 开漏模式总线信号电平：
  • 输出高电压（VOH）：VCCQ - 0.2V。
  • 输出低电压（VOL）：≤0.3V（OL = 2 mA）。
• 推挽模式总线信号电平（高压）：
  • 输出高电压（VOH）：0.75 * VCCQ（IOH = -100 μA @ VCCQ min）。
  • 输出低电压（VOL）：≤0.125 * VCCQ（IOL = 100 μA @ VCCQ min）。
  • 输入高电压（VIH）：0.625 * VCCQ至VCCQ + 0.3V。
  • 输入低电压（VIL）：VSS - 0.3V至0.25 * VCCQ。
• 推挽模式总线信号电平（双电压）：
  • 输出高电压（VOH）：VCCQ - 0.45V（IOH = -2mA）。
  • 输出低电压（VOL）：≤0.45V（IOL = 2mA）。
  • 输入高电压（VIH）：0.65 * VCCQ至VCCQ + 0.3V。
  • 输入低电压（VIL）：VSS - 0.3V至0.35 * VCCQ。

4.5 驱动器类型定义

在JEDEC标准中，Driver Type - 0是e - MMC HS200和HS400设备的强制类型，另外还有四种可选类型（1、2、3和4）以支持更广泛的主机负载。不同类型的驱动器具有不同的标称阻抗和驱动能力，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、总线时序

5.1 高速接口时序

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 向后兼容接口时序

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倍数据速率操作时的DAT信号总线时序

在双数据模式下，DAT信号在CLK的上升和下降沿同步操作，CMD信号仍在CLK的上升沿同步操作。具体时序参数可参考原文表格。

5.4 HS200模式总线时序

• HS200时钟时序：
  • 周期（tPERIOD）：5ns（200MHz最大）。
  • 上升和下降时间（tTLH, tTHL）：≤0.2 * tPERIOD（200MHz时≤1ns，绝对最大值为10ns）。
  • 占空比：30%至70%。
• HS200设备输入时序：
  • **输入建立时间（tISU）