NAND16GW3D2B
16-Gbit, 4320-byte page, 3 V supply, multiplane
architecture, multilevel cell NAND flash memory
Features
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High density multilevel cell (MLC) flash
memory
– 16 Gbits of memory array
– Cost-effective solutions for mass storage
applications
NAND interface
– x8 bus width
– Multiplexed address/data
– Pin-out compatibility for all densities
Supply voltage
– V
DD
= V
DDQ
= 2.7 to 3.6 V
Page size: (4096 + 224 spare) bytes
Block size: (512K + 28K spare) bytes
Enhanced data throughput by multiplane
architecture
– Array split into two independent planes
– All operations performed on both planes
simultaneously
Page read/program
– Random access: 60 µs (max)
– Page program operation time: 800 µs (typ)
– Multiplane page program operation time:
800 µs (typ)
Page serial access (data in/out): 25 ns
Copy-back program
– Fast page copy with/without external
buffering
– Multiplane copy back program
Fast block erase
– Block erase time: 2.5 ms (typ)
– Multiplane block erase time: 2.5 ms (typ)
Throughput improvement with cache program,
multiplane cache program, cache read,
multiplane cache read
Cache read: automatic block download without
latency time
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■
TSOP48 12 x 20 mm (N)
■
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■
■
PSL (power on selection) for device
initialization
Status register
Electronic signature
Chip enable ‘don’t care’
Security features
– OTP area
– Serial number (unique ID) option
Data protection
– Hardware program/erase locked during
power transitions
Data integrity
– 5,000 program/erase cycles (with 12-
bit/512-byte ECC)
– 5 years data retention
RoHS compliant package
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September 2009
Rev 2
1/79
www.numonyx.com
1
NAND16GW3D2B
Contents
1
2
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Memory array organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1
Bad blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3
Signals description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
Data inputs/outputs (I/O0-I/O7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Address Latch Enable (AL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Command Latch Enable (CL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Chip Enable (E) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Read Enable (R) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Write Enable (W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Write Protect (WP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Ready/Busy (RB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Power on selection (PSL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
V
DD
supply voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
V
DDQ
supply voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
V
SS
ground . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
V
SSQ
ground . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4
Bus operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
Command input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Address input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Data input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Data output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Write protect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Standby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5
6
Command set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Device operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
6.1
Single plane operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2/79
NAND16GW3D2B
6.1.1
6.1.2
6.1.3
6.1.4
6.1.5
6.1.6
6.1.7
Page read . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Page program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Block erase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Copy back program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Copy-back program with data out/data in interleaving . . . . . . . . . . . . . . 27
Cache read . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Cache program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
6.2
Multiplane operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.2.4
6.2.5
6.2.6
6.2.7
6.2.8
Multiplane page read . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Multiplane page program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Multiplane erase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Multiplane copy back program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Multiplane copy back program with 4-Kbyte host data buffer
compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Multiplane copy back program with data out/data in interleaving . . . . . . 43
Multiplane cache read . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Multiplane cache program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.3
6.4
6.5
Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Read status register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Read electronic signature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
7
8
9
10
Data protection and power-on/power-off sequence . . . . . . . . . . . . . . . 55
Power-on sequence and PSL handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Write protect operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Software algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
Bad block management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
NAND flash memory failure modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Garbage collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Wear-leveling algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Hardware simulation models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
10.5.1
10.5.2
Behavioral simulation models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
IBIS simulations models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
11
Busy times and endurance cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3/79
NAND16GW3D2B
12
13
Maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
DC and AC parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
13.1
Ready/Busy signal electrical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
14
15
16
Package mechanical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Ordering information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4/79
NAND16GW3D2B
List of tables
Table 1.
Table 2.
Table 3.
Table 4.
Table 5.
Table 6.
Table 7.
Table 8.
Table 9.
Table 10.
Table 11.
Table 12.
Table 13.
Table 14.
Table 15.
Table 16.
Table 17.
Table 18.
Table 19.
Table 20.
Table 21.
Table 22.
Table 23.
Table 24.
Table 25.
Table 26.
Table 27.
Table 28.
Table 29.
Table 30.
Device summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Signal names . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Address insertion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Address definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Valid blocks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Bus operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Command set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Paired page address information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Logic function of read status register bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Read status register bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Multiplane read status register bits (non cached operations) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Multiplane read status register bits (cached operations) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Device identifier codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Electronic signature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Electronic signature byte 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Electronic signature byte 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Electronic signature byte 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Electronic signature byte 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Block failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Busy times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Endurance cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Operating and AC measurement conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Capacitance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
DC characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
AC characteristics for command, address, data input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
AC characteristics for operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
TSOP48 - 48 lead plastic thin small outline, 12 x 20 mm, package mechanical data. . . . . 76
Ordering information scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5/79
