Tápkimaradás ellen védett soros SRAM-termékek

Egy mikrovezérlő-alapú rendszernek nemcsak „eseménytelen”, hibátlan tápfeszültség-ellátású környezetben kell helytállnia, hanem gondoskodnia kell a tápfeszültségzavarok miatti adatvesztések következményeinek elhárításáról is. Az ehhez szükséges eszközök vagy drágák, vagy nagyon is véges élettartamúak.
E hátrányok kiküszöbölésére ajánlja a Microchip az EERAM termékcsaládot.

A Microchip jól ismeri a mikrovezérlők piacát. A PIC^® és az AVR^® termékcsaládok révén a mikrokontrollerek egyik vezető gyártójaként keményen dolgozik az összes felhasználói igény kielégítése érdekében.

Az egyik olyan terület, ahol – szó szerint értve – több ezer érdekes alkalmazásra számíthatunk, az 1 kbájttól 1 Mbájtig terjedő, kis tárolóigényű adatnaplózás. Ezek az adatnaplók rendszerint kalibrációs információkat tárolnak, vagy rögzítik bármiféle folyamat részleteit, amelyek az adott időben egy gép működését jellemzik. Például egy rendszerben, amely ismétlődő jelleggel méri és követi egy gyártósoron a termék és a gyártási folyamat előrehaladását, és még váratlan tápfeszültség-kimaradás esetén sem veszítheti el ezeket az adatokat, elektronikusan írható és törölhető (és ami a legfontosabb: kikapcsoláskor nem törlődő – A szerk. megj.) RAM (EERAM) tárolókra van szükség. Amint a termék valamennyi gyártási műveleten áthalad, az adatnaplózó memóriát törli a rendszer, ami után az elkezdheti a gyártósoron érkező következő termék gyártási folyamatának követését. A cikk végén mindezt egy okos fogyasztásmérő alkalmazás példáján mutatjuk be részletesebben, de bármilyen más ismétlődő munkafolyamatra is gondolhatunk, mint egy esztergályozott munkadarabot előállító famegmunkálás, esztergált csavarmenet készítése vagy egy termékspecifikus méréssorozat (furatok pozíciója, tárgyak szélessége és magassága, súlya, festési alkalmazások stb.) egy automatizált gyártósoron.

1. ábra Az SRAM normál működése

A Microchip mikrokontrollerek ugyan tartalmaznak beágyazott SRAM, EEPROM, NOR flash tárolóelemeket, de esetenként a felhasználók úgy érhetik el a teljes anyagköltség csökkentését, ha azokat az adatnaplózó tárolókat a mikrovezérlőn kívül valósítják meg a mikrokontroller valamelyik I²C- vagy SPI-portján keresztül. A költségcsökkentés szempontjain túl ezek a külsőleg megvalósított adatnaplózó memóriák lehetővé teszik azt is, hogy a mikrovezérlőtől függetlenítsék az adatnaplózó tároló tápellátását a rendszer teljes alvó üzemmódú működési stratégiájának kedvezőbb megoldása érdekében.
Azokban az alkalmazásokban, amelyek igénylik a váratlan tápfeszültség-kimaradáskor sem törlődő működést, de a tárolt adatok aránylag ritkán változnak, a soros EEPROM a szokásos megoldás. Ez rendkívül költséghatékony, ezért a tervezők gyakran döntenek a használata mellett, amennyiben az alkalmazás a termék teljes élettartama alatt kevesebb mint egymillió újraírási ciklussal is megelégszik. Ne feledjük: az EEPROM-ok adatlapjai memórialaponként vagy bájtonként csak egymillió írási ciklust garantálnak.

2. ábra Tápfeszültség-kimaradási esemény

Vannak azonban olyan alkalmazások, amelyekben az adatnaplózó memóriának az egymilliót messze meghaladó számú tartalomváltozással kell számolnia a termék teljes életciklusa alatt. Az ilyen igények kielégítésére szolgálnak az EERAM-tárolók. Ezek is a mikrovezérlő I²C- vagy SPI-interfészén át csatlakoztathatók, ám az eszköz belső tárolója a statikus RAM-ok belső felépítését követi. Az EERAM a szokványos, hat tranzisztort tartalmazó SRAM-cellákra épül, amelyeket már évtizedek óta alkalmaznak a félvezetőgyártók. Az EERAM felhasználója szempontjából az EERAM ugyanúgy kezelhető, mint az SRAM: a kiolvasás és az írás 8 bites bájtegységekben vagy bájtokból összetevődő blokkokban is történhet szükség szerinti eloszlásban, és nem kell számolni a tárolási ciklusok számának a tárolóelem élettartamát csökkentő hatásával.
Az 1. ábrán vegyük észre, hogy egy külső C_VCAP (tipikusan 33 µF) kondenzátor van beépítve a nem törlődő SRAM-működés érdekében. Amikor az eszköz tápfeszültséget kap, rajta keresztül ez a kondenzátor feltöltődik a Vcc tápfeszültségre. A normál SRAM-működés során ez a kondenzártor feltöltött marad, az eszköz pedig folyamatosan felügyeli a V_CC tápfeszültség értékét. Ha a V_CC feszültsége egy beállított küszöbérték alá csökken, az eszköz ezt tápfeszültség-kimaradási vagy rendellenes tápfeszültség-csökkenési (brown-out) eseményként értékeli. Ekkor az eszköz minden folyamatban levő I/O-műveletet felfüggeszt, megszakítja a kapcsolatot a V_CC tápfeszültség-bemenettel, és a V_CAP csatlakozópontra kapcsolt kondenzátorban tárolt energiát felhasználva átmásolja az SRAM-ban tárolt összes adatot a beépített EEPROM-tárolóba. Amikor az eszköz ismét tápfeszültséget kap a V_CC bemenetén, az adatok visszatöltődnek az SRAM-ba, a kondenzátor újra feltöltődik, és az SRAM működése pontosan ott folytatódhat, ahol a tápfeszültségzavar bekövetkeztekor abbamaradt.
Az I²C-interfészű termékek közt 4, 16 és 64 kbit kapacitású típusokat találunk. Az SPI-interfésszel ellátott termékek 64, 256, 512 kbit és 1 Mbit kapacitásúak. A tömeggyártású termékek 8 kivezetéses SOIC-tokozásúak az interfésztől és a memóriakapacitástól függetlenül, de néhány termék ettől eltérő tokozásban is rendelhető.
A felhasználók arra számíthatnak, hogy az EERAM ára nagyjából a kétszerese az azonos kapacitású és használati gyakoriságú EEPROM-okénak. Ezért az ártöbbletért a felhasználók az SRAM-okhoz hasonlóan végtelen számú írás/olvasási ciklusszámot kapnak, és 100 ezer tárolási ciklusig garantált az átírás a nem törlődő tárolótranzisztorokba (ez egyben az eszközzel biztonságosan kezelhető tápfeszültségzavar-események garantált száma is – A szerk. megj.) .
Ezt a funkciót több évtizede az FRAM (FeRAM, ferroelektromos elven működő RAM) soros memóriák látják el számos alkalmazásban. A soros FRAM-ok szállítási mennyisége bizonyítja, hogy milyen nagy az igény a tápfeszültség-kimaradáskor nem törlődő statikus RAM (Non Volatile Static RAM – NVSRAM) funkciók ellátására, és az EERAM az az eszköz, amely ugyanezt az igényt elégítheti ki az árérzékenyebb alkalmazásokban. Azok a felhasználók, akik korábban az FRAM integrált áramkörökkel oldották meg ezeket a feladatokat, most egyszerre élvezhetik az alacsonyabb alkatrészköltség és a megszokotthoz közelebb álló technológiai megoldás előnyeit.

Okos energiamérő alkalmazási példa

Vegyünk példaként egy lakóházat, amelyet intelligens hálózathoz alkalmazható elektromos fogyasztásmérővel korszerűsítenek. A tulajdonos az áramfogyasztást (mosó/szárító stb.) a csúcsidőn kívüli időszakokra időzítheti, és ezzel energiaköltséget takaríthat meg, az áramszolgáltató társaság pedig percek alatt hozzájut a fogyasztási adatokhoz, hogy ezek felhasználásával hatékonyabban kezelje a terület hálózati energiaellátását. A példában az otthoni energiafelhasználást másodpercenként mérik és a gyűjtött energiahasználati adatokat kétpercenként továbbítják a hálózatra. Miután az energiamérő elküldte az utolsó két perces leolvasást, törölheti az adatnaplózó memóriát és elkezdheti mérni a következő két perc energiafelhasználását. A hálózaton ezen a területen egy év alatt legfeljebb 20 feszültségcsökkenési vagy teljes hálózatkimaradási eseményt tételezünk fel. Noha a ház egyetlen, kétperces energiafogyasztásának megfelelő adat elvesztése az energiaszolgáltató profitja szempontjából jelentéktelennek tűnik, ennek a két percnek a hiányzó leolvasása a hálózat nagyobb részterületére összegezve már jelentős veszteséget halmoz fel.
Az ideális megoldás az okosmérőkbe épített EERAM. Ez biztosítja a hálózatkimaradáskor a fogyasztási adatok helyreállítását, és ez a jelenlegi legalacsonyabb költségű megoldás ebben a 4 kbittől 1 Mbitig terjedő NVRAM kategóriában.

Foglaljuk össze az EERAM előnyeit

Először is, az EERAM a jelenkor szabványos CMOS-termékeinek technológiájára (szokványos SRAM- és lebegőkapus tárolótranzisztor-sémákra) épül, emiatt az EERAM nem igényel semmilyen szokatlan gyártási lépést vagy különleges kémiai anyagot a félvezetőgyárban.
A gyártása együtt kezelhető a világszerte telepített gyártóüzemekben készülő egyéb termékekkel, tehát a minőség és a nagyon alacsony meghibásodási gyakoriság azonos a milliószámra előállított más CMOS termékeknél tapasztaltakkal. Ez az EERAM legnagyobb erőssége.
Másodszor, a felhasználó szempontjából az EERAM pontosan úgy viselkedik, mint egy soros interfészű SRAM. Ugyanaz az I²C- vagy SPI-szabványú időzítési interfész, ugyanaz a tokozat – következésképpen könnyen alkalmazható. Ezenkívül az írás és olvasás szimmetrikus, azaz egy bájt írása ugyanolyan gyors, mint a kiolvasása. Az olvasási és írási ciklusok száma pedig ugyanúgy korlátlan, mint az SRAM-nál, hiszen az eszköz „belülről” valóban SRAM-felépítésű. Ugyanakkor – mivel a tárolótartalom mentése nem törlődő tárolócellákba történik – az eszköz az EEPROM-alapú háttértárolás miatt csak 100 ezer tápfeszültség ki/bekapcsolási ciklust visel el, mielőtt a lebegőkapus tárolótranzisztorok elhasználódnak.

Az érdeklődők bővebb információért keressék fel az alábbi webhelyet: https://www.microchip.com/design-centers/memory/ serial-eeram vagy lépjenek kapcsolatba a gyártóval az Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát. mailcímen.

Szerző: Grant Hulse – termékmenedzser (Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.), Microchip Technology

www.microchip.com