本文消除了對低溫電池性能的任何擔(dān)憂。本文詳細(xì)介紹了在極端低溫環(huán)境條件下可靠支持非易失性存儲器（SRAM）所需的電流特性。

幾十年來，鋰紐扣電池一直被用作內(nèi)存?zhèn)浞輵?yīng)用的穩(wěn)定電源?；镜淖罱K產(chǎn)品壽命估算可以通過獲取備用電源（鋰紐扣電池）中的總可用電量（容量）并計算以已知速率消耗該電荷所需的時間來實現(xiàn)。

低功耗SRAM歷來是非易失性存儲器應(yīng)用的明顯解決方案，這主要是因為在外部斷電期間可靠地維護系統(tǒng)數(shù)據(jù)所需的電源電流非常低。此參數(shù)通常標(biāo)識為數(shù)據(jù)保持電流 （ICCDR).

設(shè)計中的電池組件選擇通常歸結(jié)為所需系統(tǒng)數(shù)據(jù)保留時間和所需鋰電池的物理尺寸之間的權(quán)衡。本討論并未將物理電池尺寸作為設(shè)計中的約束，因此評估了兩個類似尺寸的20mm紐扣電池。

圖1顯示了三種不同存儲器組件的環(huán)境數(shù)據(jù)保持電流消耗。存儲器密度差異很大，這些測量電流中的電壓依賴性也因樣品而異。盡管如此，所有三個存儲器組件似乎都滿足在電池備份條件下延長數(shù)據(jù)保留的基本低電流要求。

圖1.SRAM數(shù)據(jù)保持電流。

該圖清楚地表明，與分析的其他SRAM樣品相比，供應(yīng)商X 256kb樣品具有更高的靜態(tài)電流和更明顯的電壓加速斜率。

圖2.BR2032 電壓與溫度的關(guān)系。

在圖2中，BR2032初級（不可充電）鋰紐扣電池（標(biāo)稱容量為190mAh）在指示的溫度范圍內(nèi)承受各種負(fù)載條件。從圖表中可以看出，在+25°C時，任何列出的負(fù)載下的電池電壓為~3.4V。

參考供應(yīng)商X 256kb電流特性（圖1），我們可以確定該特定SRAM在施加3.4V時需要~1.2μA的電池電流。考慮到BR2032電池容量額定值，預(yù)期的環(huán)境數(shù)據(jù)保留時間將超過19年。然而，使用大多數(shù)電池有一個歷史缺點：當(dāng)電池耗盡時，必須更換它們。

在圖2中還觀察到，在低溫下電池性能的可檢測變化。當(dāng)施加各種負(fù)載時，最初在+25°C下觀察到測量電壓的偏差。 隨著負(fù)載電流要求的增加，偏差更加明顯。電池效率的這種損失是由于隨著溫度的降低，電化學(xué)反應(yīng)減慢。

為了理解圖 2 中的電池行為，我們再次轉(zhuǎn)到圖 1“供應(yīng)商 X 256kb”ICCDR特征。然后，我們可以估計該SRAM為電池提供3MΩ的等效負(fù)載。

圖3.ML2020R 電壓與溫度的關(guān)系

在圖 3 圖中，ML2020R 二次（可充電）鋰紐扣電池（標(biāo)稱容量為 30mAh）在指示的溫度范圍內(nèi)承受各種負(fù)載條件。從圖表中可以看出，在列出的任何負(fù)載下，+25°C時充電電池電壓為~2.8V。

使用相同的供應(yīng)商 X 256kb I/V 特性，ML2020R 單元的標(biāo)稱偏置降低使用戶所需的 SRAM 電流立即降低 35%。估計的環(huán)境數(shù)據(jù)保留時間為~5.4年，是使用BR2032的28%，即使規(guī)定的容量僅為該大型原電池的15%。

考慮到 ML2020R 可以完全耗盡并充電多達 15 次，這意味著使用這些特定組件的系統(tǒng)使用壽命超過 80 年。此預(yù)期壽命假定系統(tǒng)可以至少每 5 年通電一次 ~3 天。

為了進行比較，再次使用圖1供應(yīng)商X 256kb ICCDR特性方面，我們可以估計SRAM為該單元提供4.5MΩ的等效負(fù)載，這僅僅是由于施加的偏置減小。

此外，正如在BR2032電池上觀察到的（圖2），ML2020R在低溫下的電池性能變化類似，但不太明顯。在施加到另一個電池的相同負(fù)載下，最初在-15°C下觀察到ML2020R測量電壓的偏差。 隨著負(fù)載電流要求的提高，這一點再次變得更加明顯。

圖4.SRAM 數(shù)據(jù)保持電流 （ICCDR在-40°C時）。

圖4圖表是應(yīng)用于圖1所示三個樣品的相同偏置的結(jié)果，但現(xiàn)在元件外殼溫度為-40°C。

給定相同的供應(yīng)商X 256kb，溫度的降低提高了片上晶體管閾值，足以切斷存儲芯片內(nèi)的任何寄生泄漏路徑。如果使用 BR2032，這有效地將 SRAM 負(fù)載增加到大于 11MΩ，如果使用 ML2020R 則大于 20MΩ。

結(jié)論

對于備用電源負(fù)載計算，低功耗CMOS存儲器的有效電阻與溫度成反比。圖5顯示了這種關(guān)系，使用了所分析的電池樣本施加的典型偏差。

圖5.SRAM有效加載。

當(dāng)將SRAM有效電阻（圖5）與電池電流傳輸能力（圖2和圖3）進行比較時，很明顯，在此溫度范圍內(nèi)的最差情況下SRAM負(fù)載電阻遠高于任一電池化學(xué)的任何電化學(xué)效率損失區(qū)域。

使用任何采樣內(nèi)存組件，這兩種電池都可以有效運行至少 5 年以上的連續(xù)電池備份。

審核編輯：郭婷