Pamięci nieulotne firmy MICROCHIP

196

Zapotrzebowanie na pamięci nieulotne w dużej mierze wynika z ciągłego  rozwoju urządzeń przenośnych, w których stosowane są pamięci o coraz większej pojemności. Chodzi tutaj przede wszystkim o kamery, smartfony, tablety czy aparaty fotograficzne. To właśnie rosnące wymagania rynku wymusiły ciągły rozwój technologii wytwarzania pamięci nieulotnych.

Istotą pamięci nieulotnych jest przechowywanie danych przy braku zasilania. Obecność zasilania jest natomiast konieczna do operacji zapisu i odczytu danych.

Zarówno firma Microchip, jak i przejęta przez nią firma Atmel mają duże doświadczenie w produkcji pamięci nieulotnych. Ich proces produkcji jest realizowany we własnych fabrykach krzemu. Dla zachowania najwyższego poziomu jakości wykorzystywane są zaawansowane procedury testowe. W portfolio producenta dostępne są również pamięci posiadające kwalifikację AEC-Q100, oznaczającą ich dopuszczenie do użycia w przemyśle motoryzacyjnym (automotive). Warto również wspomnieć o utrzymaniu w produkcji wszystkich dotychczas wprowadzonych na rynek układów pamięci.

EEPROM

Pamięci EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memeory) należą do grupy pamięci nieulotnych. Rozwiązania tego typu najczęściej znajdują zastosowanie w aplikacjach wymagających obecności reprogramowalnych obszarów pamięci ROM, zwłaszcza w odniesieniu do przechowywania danych konfiguracyjnych systemu.

Biorąc pod uwagę interfejs, pamięci EEPROM mogą być szeregowe lub równoległe. Pamięci szeregowe (seria 24xx z interfejsem I2C, seria 25xx z interfejsem SPI, seria 93xx z interfejsem Microwire) najczęściej są produkowane w obudowach DIP i SOIC. Ich pojemność wynosi zazwyczaj kilkadziesiąt kB. To właśnie dzięki szeregowemu interfejsowi i niewielkim rozmiarom oraz małemu zapotrzebowaniu na energię pamięci takie bardzo często są wykorzystywane do przechowywania danych o numerze seryjnym urządzenia czy danych konfiguracyjnych i produkcyjnych. Występują również szeregowe pamięci z zaprogramowanym fabrycznie 48- lub 64-bitowym unikalnym adresem. który może być użyty jako adres MAC urządzenia.

Pamięci równoległe to seria  28xx. Należy mieć na uwadze fakt, że pod względem funkcjonalności odczytu i wyprowadzeń są kompatybilne z pamięciami EPROM serii 27xxx.

Spektrum zastosowania pamięci EEPROM obejmuje przede wszystkim ich obecność w elektronice przemysłowej – urządzeniach pomiarowych i układach sterowania, systemach ochrony oraz alarmowych, czujnikach  czy ładowarkach akumulatorów. Również można je znaleźć w urządzeniach IoT. Pamięci EEPROM używa się też w urządzeniach medycznych i w segmencie automotive. Pamięci EEPROM nie brakuje również w elektronice konsumenckiej, czyli w sprzęcie komputerowym, RTV i AGD.

Istotną rolę w kwestii zapewnienia ciągłości produkcji urządzeń odgrywa wsparcie Microchip w zakresie utrzymania w produkcji układów pamięci EEPROM wykonanych w starszej technologii – 1,2um – 0,7 – 0,5 – 0,4 – 0,25 – 0,18 – 0,13um.

Kierunki rozwoju pamięci EEPROM obejmują przede wszystkim zmniejszenie zapotrzebowania na energię oraz wprowadzenie obsługi nowych interfejsów. Warto tutaj mieć na uwadze magistralę asynchroniczną UNI/O opracowaną w firmie Microchip w 2008 r. (seria 11xx). Bazuje ona na jednej, dwukierunkowej linii danych SCIO  (ang. Single Connection  I/O), co daje w sumie 3 wyprowadzenia umożliwiające stosowanie obudów SOT23 i TO92. Najnowszym rozwiązaniem są pamięci z interfejsem Single-Wire (seria 21CS), w którym zasilanie układu odbywa się poprzez dwukierunkową linię danych, co umożliwia redukcję liczby wyprowadzeń z układu do dwóch (SI/O + GND).

Flash
Pamięci nieulotne FLASH w stosunku do pamięci EEPROM charakteryzują się krótszymi czasami zapisu i odczytu, co jednak wiąże się z brakiem możliwości zapisu i odczytu pojedynczych bajtów. Tutaj odczyt i zapis realizowane są w większych obszarach pamięci, tzw. stronach (128/256 bajtów). Oferowane przez firmę Microchip pamięci Flash mają interfejs równoległy (seria SST39) lub szeregowy (SPI w serii SST25, SQI w serii SST26). Istotnymi parametrami pamięci Flash są: pojemność pamięci (4 Mbit), częstotliwość pracy (np. 40 MHz), napięcie pracy (np. 2,3 – 3,6V), rodzaj obudowy (np. TDFN8), sposób montażu (np. SMD) oraz temperatura pracy (np. -40-85°C).

Warto wspomnieć o zastosowanej w układach technologii SuperFlash zapewniającej zmniejszony pobór energii przy bardzo krótkim czasie kasowania danych. Z kolei interfejs SQI zapewnia szybką transmisję danych przy wykorzystaniu minimalnej liczby wyprowadzeń.

EERAM

EERAM jest połączeniem szybkiej pamięci SRAM (Static Random-Access Memory) oraz nieulotnej pamięci EEPROM, przechowującej kopię pamięci SRAM (I2C, seria 47x). Takie połączenie powoduje, że w przypadku problemów z zasilaniem zawartość pamięci podręcznej można odtworzyć z kopii zapasowej. Stąd też pamięć EERAM bazuje na zewnętrznym kondensatorze, będącym źródłem podtrzymania zasilania przez czas potrzebny na skopiowanie zawartości pamięci.

Warto przy tym wspomnieć o podobieństwie układów NVSRAM (Non-volatile Static Random-Access Memory – seria 23XX), które również dysponują funkcją podtrzymywania zawartości RAM. Różnica jest taka, że dla nich prawidłowe działanie wymaga obecności dodatkowego źródła zasilania – akumulatora lub baterii,  niepotrzebnej w przypadku pamięci EERAM, co ma wpływ na koszty produkcji urządzenia.

Co ważne, liczba operacji w zakresie zapisywania i odczytywania danych jest nieograniczona. W zależności od potrzeb aplikacji dobiera się pamięć EERAM o pojemności 4kb lub 16kb.

Podczas pracy wewnętrzna logika odpowiada za monitorowanie stanu zasilania w czasie rzeczywistym. W efekcie wykrywane są wszelkie zaniki oraz spadki zasilania z uwzględnieniem przyjętego progu (Vtrip). Jeżeli którykolwiek z tych stanów zostanie wykryty, inicjowane jest kopiowanie zawartości SRAM do EEPROM. Ważny jest tutaj zewnętrzny kondensator podłączony do wyprowadzenia Vcap układu. Wraz z powrotem napięcia zasilania powyżej poziomu Vtrip, zawartość EEPROM jest kopiowana do SRAM.

Należy podkreślić, że zawartość SRAM można przywrócić w dowolnej chwili poprzez wyzwolenie programowe. Podsumowując, pamięci EERAM są doskonale dopasowane do użycia w aplikacjach w których wymagana jest częsta i szybka aktualizacja zawartości komórek pamięci, przy jednoczesnym zapewnieniu zachowania zapisanych tam danych w przypadku utraty napięcia zasilającego. Mogą się zatem idealnie odnaleźć  w elektronice pomiarowej (mierniki energii, gazu, cieczy), elektronice przemysłowej i konsumenckiej (terminale płatnicze POS, kioski informacyjne, drukarki) i rozwiązaniach automotive (data loggery, czujniki).

Źródło: Transfer Multisort Elektronik