Nevolatilní paměti firmy MICROCHIP

Potřeba nevolatilních pamětí je z velké míry důsledkem neustálého vývoje přenosných zařízení, v nichž se používají paměti se stále větší kapacitou. Jde především o kamery, chytré telefony, tablety nebo fotoaparáty. Právě rostoucí požadavky trhu si vynutily stálý vývoj technologie výroby nevolatilních pamětí.

Důležitou vlastností nevolatilních pamětí je uchování dat při odpojeném napájení. Přítomnost napájení je však potřebná pro operace zápisu a čtení dat.

Obr. 1. Typ 47L16-I/SN EERAM, 2048 × 8 bit, v provedení SO8 SMD,
pro sériové rozhraní I2C, adresovatelné bloky mají velikost 16 kbit;
pracuje s napětím od 2,7 do 3,6 V, jako záloha EEPROM

Jak firma Microchip, tak i firma Atmel, kterou Michrochip převzal, mají velké zkušenosti s výrobou nevolatilních pamětí. Produkují je ve vlastních továrnách na výrobu počítačových čipů. Pro udržení nejvyšší úrovně jakosti se používají pokročilé testovací procedury. V sortimentu výrobce jsou rovněž dostupné paměti s kvalifikací AEC-Q100, označující, že je lze používat v automobilovém průmyslu (automotive). Za zmínku také stojí, že ve výrobě jsou udržovány všechny paměťové obvody, které byly dosud uvedeny na trh.

Obr. 2. Typ 48LM01-I/SM EERAM, 128 × 8 bit, v provedení SO8 SMD,
pro sériové rozhraní SPI, napětí od 2,7 do 3,6 V, záloha EEPROM

EEPROM

Paměti EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) patří do skupiny nevolatilních pamětí. Řešení tohoto typu nacházejí nejčastěji uplatnění v aplikacích vyžadujících přítomnost přeprogramovatelných pamětí ROM, především z důvodu ukládání konfiguračních dat systému.

Z hlediska rozhraní mohou být paměti EEPROM sériové nebo paralelní.

Sériové paměti (řada 24xx s rozhraním I2C, řada 25xx s rozhraním SPI, řada 93xx s rozhraním Microwire) se nejčastěji vyrábějí v pouzdrech DIP a SOIC. Jejich kapacita je obvykle několik kilobajtů. Právě díky sériovému rozhraní, nevelkým rozměrům a malému příkonu se takové paměti velmi často používají pro uchovávání údajů o sériovém čísle zařízení nebo konfiguračních a výrobních dat. Existují také sériové paměti s továrně naprogramovanou 48bitovou nebo 64bitovou unikátní adresou, která může být použita jako MAC adresa zařízení.

Obr. 3. Paměť SST39SF010A-70-4I-NHE FLASH, 128 × 8 bit,
v provedení SMD, pro paralelní rozhraní PLCC32

Paralelní paměti tvoří řada 28xx. Je třeba vzít v úvahu skutečnost, že z pohledu fungování čtení a vývodů jsou kompatibilní s pamětmi EPROM řady 27xxx.

Spektrum použití pamětí EEPROM zahrnuje především aplikace v průmyslové elektronice – měřicích zařízeních a řídicích obvodech, systémech ochrany a alarmů, čidlech nebo nabíječkách akumulátorů. Je možné je rovněž nalézt v zařízeních IoT. Paměti EEPROM se používají také v lékařských zařízeních a v segmentu automotive. Paměti EEPROM rovněž nechybějí ve spotřební elektronice, tedy v počítačích, rozhlasové a televizní technice a domácích spotřebičích. Důležitou roli v otázce zajištění kontinuální výroby zařízení hraje podpora Microchipu v oblasti udržení ve výrobě obvodů pamětí EEPROM provedených ve starší technologii: 1,2 – 0,7 – 0,5 – 0,4 – 0,25 – 0,18 a 0,13 μm.

Směry vývoje pamětí EEPROM zahrnují především zmenšení spotřeby energie a zavádění podpory nových rozhraní. Zde je třeba mít na paměti asynchronní sběrnici UNI/O, vyvinutou ve firmě Microchip v roce 2008 (řada 11xx). Sběrnice je založena na jedné obousměrné lince dat SCIO (Single Connection I/O), která nabízí tři vývody umožňující použít pouzdra SOT23 a TO92. Nejnovějším řešením jsou paměti s rozhraním Single-Wire (řada 21CS), u něhož se obvod po obousměrné lince dat napájí, což dovoluje redukovat počet vývodů obvodu na dva (SI/O + GND).

Obr. 4. Paměť 47C16-I/P EERAM, 2048 × 8 bit, v provedení DIP8 THT,
pro sériové rozhraní I2C, záloha EEPROM

Flash

Nevolatilní paměti FLASH se ve srovnání s pamětmi EEPROM vyznačují kratšími časy zápisu a čtení, což je ale spojeno s nemožností zapisovat a číst jednotlivé bajty. Zde se čtení a zápis realizují po větších částech paměti, tzv. stránkách (128/256 B). Paměti Flash nabízené firmou Microchip mají paralelní (řada SST39) nebo sériové rozhraní (SPI u řady SST25, SQI u řady SST26). Důležitými parametry pamětí Flash jsou: kapacita paměti (4 Mbit), pracovní frekvence (např. 40 MHz), pracovní napětí (např. 2,3 až 3,6 V), typ pouzdra (např. TDFN8), způsob montáže (např. SMD) a pracovní teplota (např. od –40 do +85 °C).

Je nutné připomenout také technologii SuperFlash, která se používá v obvodech pracujících se sníženou spotřebou energie při velmi krátkém čase mazání dat. Další rozhraní – SQI – urychluje přenos dat při použití minimálního počtu vývodů.

Obr. 5. Typ 47L16-I/ST EERAM, 2048 x 8bit, v provedení TSSOP8 SMD, 
pro sériové rozhraní I2C

EERAM

Paměť typu EERAM je spojení rychlé paměti typu SRAM (Static Random-Access Memory) a nevolatilní paměti EEPROM, uchovávající kopii obsahu paměti SRAM (I2C, řada 47x). Takové spojení nabízí možnost, že v případě problémů s napájením lze obsah příruční paměti přehrát ze záložní kopie. Proto je také paměť EERAM založena na vnějším kondenzátoru, který je zdrojem udržujícím napájení po dobu potřebnou na zkopírování obsahu paměti.

Zmínit lze i podobnost s obvody NVSRAM (Non-volatile Static Random-Access Memory – řada 23XX), které rovněž disponují funkcí udržení obsahu RAM. Rozdíl je však v tom, že pro správnou funkci paměti NVSRAM vyžadují dodatečný zdroj napájení – akumulátor nebo baterii, který není nutný v případě pamětí typu EERAM, což má vliv na výrobní náklady zařízení.

Důležitou vlastností těchto pamětí je neomezený počet operací zápisu a čtení dat. V závislosti na potřebách aplikace se volí paměť EERAM s kapacitou 4 nebo 16 kB.

Při práci zodpovídá vnitřní logika paměti typu EERAM za monitorování stavu napájení v reálném čase. Ta detekuje veškeré výpadky a poklesy napájení se zohledněním zadaného prahu (Vtrip). Je-li zjištěn kterýkoliv z těchto stavů, spustí se kopírování obsahu SRAM do EEPROM. Zde je důležitý externí kondenzátor, připojený k vývodu obvodu Vcap. Současně s návratem napájecího napětí nad úroveň Vtrip se obsah EEPROM zkopíruje do SRAM. Je třeba zdůraznit, že obsah SRAM lze obnovit v libovolném okamžiku programovým spuštěním.

Shrnutím uvedeného je možné konstatovat, že paměti EERAM jsou skvěle přizpůsobené k použití v aplikacích, ve kterých je požadována častá a rychlá aktualizace obsahu buněk paměti při současném zajištění uchování v nich zapsaných dat v případě ztráty napájecího napětí. Mohou se tedy ideálně objevit v měřicí elektronice (měřiče energie, plynu, tekutin), průmyslové a spotřební elektronice (platební terminály v obchodech, informační kiosky, tiskárny) a řešeních automotive (záznamníky dat, čidla).

Více informací lze nalézt na stránkách firmy Transfer Multisort Elektronik, která je oficiálním distributorem firmy Microchip Technology.

Nevolatilní paměť
Nevolatilní paměť je typ paměti, jejichž obsah není spolu s přerušením napájecího napětí ztracen. Nevolatilní paměti jsou obsaženy třeba v řídicí jednotce pevného disku (obsahují firmware disku), řadiči klávesnice či myši (součást mikrořadiče umístěného v těchto zařízeních) apod. Zdroj: https://www.root.cz/clanky/nevolatilni-pameti/

---

Vyšlo v časopise Elektro č. 3/2020 na straně 10.
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.