雖然大多數(shù)內(nèi)存研發(fā)項目致力于提升內(nèi)存容量和降低成本,但僅需極少量內(nèi)存的一種新型內(nèi)存應(yīng)用已經(jīng)崛起?!?a href="http://www.www27dydycom.cn/v/" target="_blank">智能”設(shè)備的發(fā)展表明,嵌入式系統(tǒng)越來越需要一種能夠存儲少量系統(tǒng)信息的方法。
此類存儲內(nèi)容可能包括設(shè)備和系統(tǒng)ID、制造信息、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、序列化數(shù)據(jù)或其它任何可有效用作系統(tǒng)元數(shù)據(jù)的類似信息。容量需求通常在1K比特左右。但關(guān)鍵是,由于這些內(nèi)存所提供的能力可能被視為管理功能或開銷,而不是對系統(tǒng)功能的直接貢獻(xiàn),它們的尺寸和功耗必須做到絕對的最小化,這樣才能防止額外功能導(dǎo)致系統(tǒng)超出其功耗和尺寸要求。
為滿足上述需求,一種新型串行EEPROM(SEEPROM)已經(jīng)問世。Atmel的AT21CS01是該領(lǐng)域的最新成員,它可以自行供電,只需兩個引腳,而且與同類內(nèi)存相比,能夠在更低的功耗和電壓水平上運行。本文將探討AT21CS01的能力,并將其與主要競品進(jìn)行對比。
與眾不同的特性
AT21CS01的主要優(yōu)勢源于其所需的最小的引腳數(shù)量、自行供電能力以及其存儲單元非凡的存儲可靠性。
雙引腳接口
AT21CS01只需兩個引腳,其中一個是接地引腳。這意味著,包括供電在內(nèi)的所有功能都由SI/O引腳提供。該引腳是一個開漏信號,依賴一個作為上拉電阻的外部電阻。AT21CS01扮演從器件角色,另一個器件處理器則扮演主器件角色。主從器件都能驅(qū)動SI/O引腳或?qū)ζ渲颠M(jìn)行采樣。線路驅(qū)動和采樣的時序?qū)崿F(xiàn)了無需其它信號的通信協(xié)議。
最多8個AT21CS01能夠與一個主器件共享一個SI/O引腳 。每個從器件通過一個3位從器件地址與其它器件區(qū)分開來,這些地址由Atmel在工廠測試時編入器件中。用戶可以使用一個唯一的部件號購買一個指定的從器件地址,以確保共享SI/O 線路的每一個從器件都擁有唯一的地址。
圖1. 一個處理器最多可尋址 8個SEEPROM從器件。一個SEEPROM輸入通過上拉電阻RPUP兼作電源。
讀寫AT21CS01所用的協(xié)議非常類似于常見的I2C協(xié)議,以至于現(xiàn)有的I2C驅(qū)動程序代碼經(jīng)過很少的修改就能使用。所需的改變僅有:
· 在協(xié)議結(jié)構(gòu)層,I2C器件ID被一個操作碼和器件地址的組合替代。
· 在物理層,需要進(jìn)行一些改變,這是因為,雖然I2C是一種雙信號(SDA和SCL)協(xié)議,但AT21CS01只使用一個信號(SI/O)。時序由從器件在內(nèi)部決定。
自行供電
用于傳輸協(xié)議的引腳也被用作器件的電源引腳。由于該引腳在通信期間經(jīng)常被下拉,一個電源管理電路將對內(nèi)部電容器充電,以便能在SI/O 信號電平處于低位的短時間內(nèi)提供電源。如果SI/O 信號電平處于低位的時間較長,內(nèi)部電容器的電量將會耗盡。這就是需要時復(fù)位器件的方法。
圖2.SI/O信號通過上拉電阻RPUP驅(qū)動內(nèi)部邏輯和電源管理電路,后者提取電能并將其存儲在一系列電容器中(圖中僅顯示一個電容器)。一個上拉電阻可服務(wù)多個器件。
器件可由低至1.7 V的上拉電壓供電,該值為同類最低。最大電流也非常小,僅為500 μA(寫操作)、300 μA(讀操作) 和2.5μA(空閑時)。
卓越的耐用性
EEPROM存儲單元有一個由擦寫次數(shù)決定的使用壽命,被稱為耐用性。大多數(shù)EEPROM的耐用性為1萬次-20萬次。為了延長使用壽命,耐用性較低的器件需要使用復(fù)雜的“磨損均衡”算法確保所有存儲單元能夠以大致相同的速度老化。
與此相比,AT21CS01的耐用性高達(dá)100萬次。這一超高耐用性意味著不需要采用任何磨損均衡算法,從而簡化了器件,為架構(gòu)賦予了更好的空間、粒度和安全性。
與競品SEEPROM的對比
AT21CS01的所有重要參數(shù)均優(yōu)于競品。以下各節(jié)詳細(xì)列出了這些參數(shù),并將它們與Maxim DS2431、TI BQ2022A和Microchip 11A010的參數(shù)進(jìn)行了對比。
接口
AT21CS01擁有一個單引腳接口(加上接地引腳)。該接口協(xié)議在I2C的基礎(chǔ)上建模,簡化了對現(xiàn)有I2C驅(qū)動程序代碼的修改。在物理層,各項操作自動同步,從而省卻了時鐘類信號。競品擁有各種專有方案,它們都需要定制的驅(qū)動程序代碼。Microchip的產(chǎn)品還需要一個單獨的VCC引腳。
功耗
AT21CS01擁有同類最低功耗。空閑時,電流只用于監(jiān)測單線通信活動,并為驅(qū)動器件的電容器充電,通常僅為700 nA或更低。
耐用性/保留時間
耐用性是指一個存儲單元在實現(xiàn)額定保留時間的同時可被寫入的次數(shù)。保留時間是指一個存儲單元能夠在所有運行條件下存儲其狀態(tài)并被可靠讀取的時間長度。這些參數(shù)可有效確定器件的使用壽命。
* 鑒定測試。
**OTP:單次可編程。編程一次后,器件不能被重寫。
架構(gòu)和安全防護(hù)
AT21CS01的主內(nèi)存陣列分為四個區(qū),每個區(qū)的內(nèi)容可被永久鎖定,以防止擅自更改應(yīng)該永不改變的數(shù)據(jù)。
* OTP:單次可編程;根據(jù)其定義,所有存儲單元被永久鎖定。對任何存儲單元均不能編程。
序 號
AT21CS01配有一個與主內(nèi)存陣列分開的安全性寄存器。該寄存器的前64位是一個工廠編程的序號,用于唯一標(biāo)識該器件,而且可用于標(biāo)識一個模塊或系統(tǒng)。該序號不能被重寫。提供一個CRC碼,用于提高可靠性。
用戶可編程的安全性寄存器空間
安全性寄存器的16個高位字節(jié)可由用戶編程,用于定義專有系統(tǒng)序號等。如果需要的話,這些數(shù)據(jù)還能被永久鎖定,以防被重寫。
最低上拉工作電壓
對更低的系統(tǒng)能耗的需求可通過降低工作電壓部分滿足。與最小工作電壓較高的器件相比,最小工作電壓較低、電流也較低的器件消耗的能量較少。請注意,只有最接近的競品需要一個額外的VCC引腳。
編程電壓
為了支持編程,EEPROM存儲單元需要較高的電壓,接近12 V。AT21CS01可利用低壓電源在內(nèi)部生成任何所需電壓。無法在內(nèi)部自行生成電壓的任何器件都將需要一個額外的12V外部電源。
靜電放電(ESD)防護(hù)
由于AT21CS01非常適合小巧的便攜設(shè)備,它必須能夠抵御靜電,該器件具備強(qiáng)大的防護(hù)能力,符合IEC 61000-4-2 Level 4 ESD標(biāo)準(zhǔn),最大可抵御±8kV接觸放電和±15kV空氣放電?!?br />
數(shù)據(jù)讀出速率
AT21CS01的設(shè)計目標(biāo)是支持系統(tǒng)管理功能(而非運行功能),某些系統(tǒng)可能要求足夠高的數(shù)據(jù)讀出速率,以免妨礙運行功能。AT21CS01提供兩個數(shù)據(jù)速率選項:常規(guī)(15.4 kbps)和高速(125 kbps)。
總結(jié)
AT21CS01的所有參數(shù)均占據(jù)優(yōu)勢。下表匯總了上述對比。這些優(yōu)勢使得AT21CS01成為全新系統(tǒng)設(shè)計的首選單線SEEPROM。
* 鑒定測試。
**OTP:單次可編程。編程一次后,器件不能被重寫。
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