Datenaufbewahrung auf einem Mikrocontroller

Wenn man nur das Datenblatt des attiny13 liest , heißt es, dass es seine Daten 20 Jahre lang bei 85 Grad Celsius und 100 Jahre lang bei 25 Grad Celsius halten kann.

• Ist dies unabhängig vom Lesen und Schreiben auf dem Mikro, zum Beispiel schalte ich es aus und halte es 20 Jahre lang auf einer konstanten Temperatur von 85 Grad Celsius, und es verliert seine Daten?
• Wie kann es seine Daten "verlieren"? Ich sehe dieses Konzept nicht.
• Was ist mit der Einheit ppm (parts per million?), Die auf Seite 6 im Abschnitt zur Vorratsdatenspeicherung erwähnt wird, aber Sie verstehen nicht, wovon sie spricht. Ich habe es regelmäßig gesehen, wenn ich über Quarzoszillatoren gesprochen habe, kann aber nicht verstehen, warum es verwendet wird.

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Wie herkömmliche MOSFETs schalten sie den Kanal ein, wenn sie eine Ladung tragen. Aber wie sind sie dann programmiert? Durch einen Quanteneffekt namens Tunneling, der durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen dem Kanal und einem Steuergatter induziert wird. Die Technologie heißt daher FLOTOX , kurz für "FLOating-Gate Tunnel OXide", vergleichbar mit FAMOS ("Floating-Gate Avalanche Injection Metal Oxide Semiconductor"), das in älteren UV-löschbaren EPROMs verwendet wird.
(Ich kann das Tunneln hier nicht im Detail erklären; Quanteneffekte widersetzen sich jeder Logik. Auf jeden Fall hängt es stark von Statistiken ab.)

Ihre erste Frage ist eigentlich eine doppelte: 1) Kann ich unbegrenzt lesen und schreiben und 2) werden die Daten beibehalten, wenn das Gerät nicht verwendet wird (Haltbarkeit)?
Um mit dem ersten zu beginnen: Nein, das kannst du nicht. Sie können es unbegrenzt oft lesen, aber die Schreibzyklen sind begrenzt. Das Datenblatt sagt 10 000 mal. Die begrenzte Anzahl von Zyklen wird durch Ladungsträger verursacht, die nach dem Löschen im Floating Gate verbleiben und deren Anzahl am Ende so groß wird, dass die Zelle nicht mehr gelöscht werden kann.
Wird es seine Daten auch ohne Strom 20 Jahre lang aufbewahren? Ja, das steht im Datenblatt. MTTF-Berechnungen (Mean Time To Failure) (ebenfalls eine statistische Methode) sagen weniger als 1 Teil pro Million Fehler voraus . Das ist es, was die ppm bedeuten.

Ein Hinweis zu MTTF
MTTF bedeutet Mean Time To Failure , was sich von MTBF (Mean Time Between Failures) unterscheidet. MTBF = MTTF + MTTR (mittlere Reparaturzeit). Macht Sinn.
Menschen verwenden oft den Begriff MTBF, wenn sie tatsächlich MTTF meinen. In vielen Situationen gibt es keinen großen Unterschied, beispielsweise wenn die MTTF 10 Jahre und die MTTR 2 Stunden beträgt. Aber ausgefallene Mikrocontroller werden nicht repariert, sondern ersetzt, sodass weder MTTR noch MTBF hier etwas bedeuten.

Atmel zitiert 1ppm Fehler nach 100 Jahren. Es ist offensichtlich, dass der AVR noch nicht so lange in Produktion ist. Wie würden sie zu dieser Zahl kommen? Es gibt ein anhaltendes Missverständnis, dass dies einfach eine lineare Sache wäre: 1 defektes Gerät nach 1000 000 Stunden entspricht 1 defektem Gerät pro 1000 Stunden in einer Population von 1000 Geräten. 1000 x 1000 = 1000 000, richtig? So geht es nicht! Es ist nicht linear. Sie können nach 1 Million Stunden Fehler haben und nach tausend keine, selbst bei einer Million Einwohnern! MTTF-Berechnungen berücksichtigen alle Arten von Effekten, die die Zuverlässigkeit des Produkts beeinflussen können, und legen für jeden von ihnen eine Zeit fest. Statistische Methoden werden dann verwendet, um eine Vorhersage zu treffen, wann das Produkt schließlich ausfallen wird. Siehe auch "

(Vergessen Sie den Wikipedia-Fehler auf MTBF. Es ist falsch.)

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Federicos Frage, ob sich 1 ppm auf Geräte oder Zellen bezieht, ist gerechtfertigt. Das Datenblatt sagt nichts aus, aber ich gehe davon aus, dass es 1 defekte Datenzelle pro Million ist. Warum? Wenn es Geräte wären, würden Sie schlechtere Werte für Geräte mit größeren Flash-Größen erhalten, und sie sind für 1k die gleichen wie für 16k. Auch 100 Jahre sind extrem lang. Ich wäre überrascht zu sehen, dass 999 999 Geräte von 1 Million noch funktionieren.

Bilder schamlos gestohlen hier

Diese Art von Speicher speichert Daten als kleine Ladungen auf isolierten FET-Gattern. Dies hält das FET-Gate im Wesentlichen entweder auf einer hohen oder einer niedrigen Spannung. Eine andere Sichtweise ist, dass die 1 oder 0 als Spannung an einem Kondensator gespeichert ist, der mit einem FET-Gate verbunden ist.

Der Ladungsspeicher ist nicht permanent. Schließlich tritt genügend Ladung aus, so dass der ursprüngliche Zustand des Bits nicht mehr zuverlässig bestimmt werden kann. Eine höhere Temperatur erleichtert das Austreten der Ladung ein wenig, weshalb die Datenaufbewahrungsspezifikation bei erhöhter Temperatur kürzer ist.

Was ppm betrifft, ja, das sind "parts per million". Es ist das gleiche Konzept wie Prozent, was nur eine andere Art ist, Teile pro Hundert zu sagen. 100 ppm = 0,01% = 0,0001

In Attiny (wie auch in vielen anderen uC) werden "permanente" Daten im Flash-Speicher gespeichert - dies ist im Grunde ein spezieller Transistor, der Ladung "einfangen" kann (wie ein Kondensator). Der Trick besteht darin, dass kein „Draht“ mit diesem Kondensator verbunden ist - sie können ihn also nur über Quantentunnel laden oder entladen. Dies bedeutet, dass die Entladungen sehr langsam sind und es ziemlich schwierig ist, sie zu laden / entladen (jede dieser Lade- / Entladeschäden beschädigt den Transistor, deshalb ist sie auf 10.000 Löschvorgänge beschränkt).

Die Geschwindigkeit dieser Entladung wird empirisch bestimmt und Sie sehen sie im Datenblatt.

Dies ist jedoch ein "typischer" Wert - Sie erhalten möglicherweise sowohl viel höhere als auch niedrigere Datenaufbewahrungszeiten - dies kann etwas zufällig sein. Es gibt keine genaue Möglichkeit, im Voraus herauszufinden, wann Daten verloren gehen sollten. Aus diesem Grund sehen Sie diese Annäherung im Datenblatt + Schätzung, um wie viel Geräte schlechter sein werden als diese Schätzung.