1.2V I/O SPI NOR 闪存降低整体系统成本与功耗

如今，边缘人工智能、汽车、清洁能源和通信等新兴市场领域，广泛采用基于 10 纳米及以下制程的系统级芯片（SoC）。

先进 SoC 的工作电压低至 1.2V 甚至更低。若要支持许多 NOR 闪存采用的 1.8V 等高电压 I/O 结构，会增加 SoC 的芯片面积并提高成本。而具备 1.2V 输入 / 输出（VIO）特性的 NOR 闪存器件，既能降低成本，又能减少功耗。

传统外部闪存器件的供电电压通常为 3.3V 或 1.8V，支持高速读取、快速编程和快速擦除等高性能操作。若将这些器件与 1.2V SoC 搭配使用，需额外配备电平转换器，或采用内置电平转换功能的 SoC。另一种方案是：闪存器件以 1.8V 为核心电压运行，同时通过 1.2V I/O 接口与 SoC 对接，由电源管理芯片（PMIC）提供两种电压（见图1）。

1. 1.2伏SoC与1.2伏VIO SPINOR闪存之间的接口不仅节省了功耗和电路板空间，还简化了I/O电压架构。

典型例子是向VCC和VCC_IO针脚供电为1.8伏和1.2伏（见图2）。CC_IO针是额外的引脚，作为I/O引脚的1.2伏电源电压。

2. 图中显示的是GigaDevice的GD25NE系列SOP16引脚，采用1.2伏VIO SPI闪存（左侧），BGA 5x5引脚，采用1.2伏VIO NOR SPI闪存设备（右侧）。

如今，有两种产品支持1.2伏SPI NOR闪存架构。一种是纯1.2伏SPI非诺闪存，支持1.2伏电源和输入输出;另一种则结合了1.8伏的磁芯电压和1.2伏的VIO接口电压。

纯1.2伏NOR闪存面临设计挑战，即实现1.8伏器件的全部性能。它在较低的1.2伏磁芯工作，该处内部闪存读取、编程和擦除作需要内在高于磁芯电压的内在高电荷电压。该方案支持低至中等性能应用，但可能无法应对需要双电压解决方案的其他高性能应用。

双电压VIO方案节省了大量电力（见图3）。

3. 传统1.8伏SPI诺尔闪存与1.8伏带1.2伏VIO SPI诺尔闪存的读写性能相似（左图），但双电压方案能实现50%的省电（右）。

通过GigaDevice的GD25NE SPI NOR 闪存芯片的关机模式（见图4）可以降低整体功耗。在待机模式下电流降至12 μA，深度断电模式下降至200 nA。256字节页面程序时间为0.15毫秒，比传统的1.8伏SPI NOR闪存设备快约40%。

4. 不同工作模式下的功耗分布，包括读取、待机和深度断电，显示根据使用情况带来的额外节能效果。