【图文解释】NAND Flash的电压Vcc/Vccq/Vpp和电流Active/Standby Current到底是啥?
2025-09-05 10:27:47
我们经常听说NAND Flash的Vcc,Vccq, Vpp你知道分别表示什么意思吗?ONFI 5.0规范定义的这些标准电压分别是多少?还有,nand flash的active current和standby current你也经常听说,你知道是啥意思吗?参见下图的NplusT公司的针对2.4GT/s的NAND Flash测试设备的指标截图(注意:下面的电流是active current,如果是standby current则可以监控到uA级别)。需要完整的指标以及详细说明的请参考本文底部的白皮书下载方式,查看Chapter 7.1章节。
1. Vcc, Vccq, Vpp在 ONFI 规范的定义和说明

这几个电源引脚在 NAND Flash(特别是符合 ONFI 规范的 NAND) 里有明确分工,这里简要梳理一下:


1. VCC

  • 作用
    NAND Flash 核心电路(array、charge pump、控制逻辑等) 的供电电压。

  • 电压范围(ONFI 5.0):

      • 标准:1.2 V, 1.8 V, 3.3 V 三个档位都有(不同工艺/应用场景)。

      • 例如:

                低功耗 NAND → 1.2 V 或 1.8 V;传统嵌入式/SSD NAND → 3.3 V

    2. VCCQ
    • 作用 I/O 接口的供电电压,决定了 NAND 与主控(Controller)之间信号线的电平标准。

    • 电压范围(ONFI 5.0):

      • 1.2 V, 1.8 V, 3.3 V (和 VCC 可不同)。

      • 例如:NAND 内部用 1.2 V (VCC),但接口用 1.8 V (VCCQ),以适配控制器。


    3. VPP

    • 作用 提供高电压专用的供电,用于 Program(写入)和 Erase(擦除) 操作。

      • 在早期 NAND(或工艺较老的器件)里,NAND 内部的电荷泵需要外部提供 额外高电压(典型 ~18 V)。

      • 在新一代工艺 NAND(3D NAND、先进节点)中,VPP 电压降低,常常作为 辅助电源,用来减轻内部 charge pump 的负担。

    • 电压范围(ONFI 5.0):

      • 1.8 V ±10%(即 1.62 V ~ 1.98 V)。

      • 注意:这是 ONFI 5.0 明确的 标准 VPP 电压,不再是早期的十几伏。


    4. ONFI 5.0 标准电压总结表

    引脚功能ONFI 5.0 电压标准
    VCC核心电源1.2 V, 1.8 V, 3.3 V(依实现不同)
    VCCQI/O 接口电源1.2 V, 1.8 V, 3.3 V(依接口要求)
    VPPProgram/Erase 辅助电源1.8 V ±10%(即 1.62 V ~ 1.98 V)

    📌 要点总结

    • VCC → 内部核心供电。

    • VCCQ → I/O 电平供电。

    • VPP → Program/Erase 辅助电源(ONFI 5.0 定义为 1.8 V)。

    其实,了解了这几个电压的缩写和来源,可以加深对于他们的了解,这里简要解释一下:

    1. 缩写含义

    • VCC

      • 来源:最初是 “Voltage at the Collector” 的缩写(因为早期晶体管电路里电源接在集电极 Collector 上)。

      • 在现代半导体里:泛指 核心电源电压,已经不再局限于晶体管的 collector。

    • VCCQ

      • VCC + Q,其中 Q = I/O (Quad / Queue),行业里通常解释为 “VCC for I/O”

      • 表示 供给 I/O buffer(数据接口)的电源,和内部逻辑核心电源(VCC)区分开。

    • VPP

      • “Programming Power” / “Programming Voltage” 的缩写。

      • 专门用于 编程(Program)和擦除(Erase) 时的高电压(后来标准化为 1.8V)。


    2. 直观类比

    可以这么记:

    • VCC = Core Core (核心电源)

    • VCCQ = Core for Q (I/O电源)

    • VPP = Programming Power


    3. NAND Flash 电源分布框图

    我画一张示意图,把 VCC、VCCQ、VPP 分别对应到 NAND Flash 的不同功能模块:


    这张图展示了 NAND Flash 的电源分布

    • VCC(蓝色箭头)→ 给 核心电路 & 存储阵列 供电。

    • VCCQ(绿色箭头)→ 给 I/O Buffer 提供接口电平电源。

    • VPP(红色箭头)→ 专门供给 Program/Erase 高电压电路

    这样你就能直观理解:三者电流都走不同的“路径”,但最终都进 NAND 芯片内部。

    2. NAND Flash的active current和standby current的区别

    1. 基本概念

    • Active current(工作电流):指 NAND Flash 在执行操作时(比如 读、写、擦 等)所消耗的电流。此时内部的存储单元阵列、电荷泵、电路控制器等都会被激活,电流消耗显著增加。

    • Standby current(待机电流):指 NAND Flash 芯片处于 空闲/待机状态 时的电流消耗。此时核心电路大部分关闭,仅保留少量维持内部状态(例如寄存器、控制逻辑)的电路在工作,所以电流远低于 active current。


    2. 差别到底在哪?

    • 不是不同针脚的电流 两者都是通过 VCC/VCCQ 电源引脚 提供的电流,只是 NAND Flash 在不同工作模式下的功耗差异。

    • 模式的区别

      • Active current 出现在芯片 执行操作 时。

      • Standby current 出现在芯片 空闲/未执行操作 时。


    3. 举个例子(数据手册常见参数) 比如某颗 NAND Flash:

    • Active Read Current ≈ 20 mA

    • Active Program (Write) Current ≈ 25 mA

    • Active Erase Current ≈ 30 mA

    • Standby Current ≈ 50 µA

    可以看到,待机电流比工作电流小了 几个数量级


    4. 额外补充

    • 有些 datasheet 还会细分 IDLE current(空闲但还没进入深度 standby)和 Deep Power Down current(深度掉电模式,几 µA 甚至更低)。

    • 系统设计时,待机电流决定了整机在低功耗状态下的续航表现,而 工作电流影响供电电源的瞬时能力和电源完整性设计。


    ✅ 总结一句:Active current 和 Standby current 是同一电源引脚下,不同工作模式的电流消耗表现,而不是来自不同的针脚。

    下面是一张 NAND Flash 在 Standby → Read → Program → Erase → Standby 状态下的电流变化曲线图,可以直观看出 Standby current 与 Active current 的数量级差别。
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