Энергонезависимая память NVRAM (Non-Volatile Random Access Memory) – это оперативная память LPSRAM (Low Power SRAM – статическое ОЗУ с очень низким потреблением), сохраняющая данные независимо от наличия основного питания благодаря наличию встроенной литиевой батареи для резервного питания. Интегрированная схема контроля и переключения на резервный источник питания (супервизор и коммутатор литиевой батареи) гарантирует работоспособность памяти NVRAM и сохранение данных в течение десяти лет при полном отсутствии внешнего питания. Компания STMicroelectronics выпускает такой тип энергонезависимой памяти под торговой маркой ZEROPOWER NVRAM. Название говорит само за себя – NVRAM с нулевым потреблением мощности. Конечно, мощность потребления есть и обычно находится в пределах 1 мкА или чуть более для самых больших объемов памяти. Именно такие токи потребления в резервном режиме и обеспечивают сохранность записанной информации в течение десяти лет и более при полном отсутствии основного питающего напряжения. Важным преимуществом микросхем ZEROPOWER NVRAM является неограниченное количество циклов перезаписи (для EPROM, EEPROM и Flash этот параметр находится в пределах от одной тысячи до ста миллионов).

На рисунке 1 представлены два варианта конструкции памяти ZEROPOWER NVRAM. На примере серии M48Z35 (рис. 1а) показан корпус SNAPHAT со съемной литиевой батареей (корпус выполнен в виде законченного устройства с креплениями для фиксации). Недостаток такого варианта исполнения – довольно большая высота двух корпусов, соединенных вместе, поэтому для случаев, когда очень важно иметь малую высоту компонентов на печатной плате, разработана конструкция с внешней батареей, подключаемой непосредственно к выводам низкопрофильного корпуса, что позволяет резко уменьшить вертикальный размер энергонезависимой памяти. Пример использования низкопрофильного корпуса энергонезависимой памяти показан на рисунке 1б для серии M48Z32V.

 

 

Рис. 1. Варианты конструктивного исполнения энергонезависимой памяти ZEROPOWER NVRAM компании STMicroelectronics

Необходимо отметить, что литиевые батареи в корпусе SNAPHAT имеют свои наименования для разных емкостей (48 или 120 мА/ч) и заказываются отдельно. Наименования для заказа литиевых батарей в корпусе с фиксирующими элементами приведены на рисунке 2, где хорошо видны выводы литиевой батареи, служащие одновременно и направляющими для точной установки конструкции на корпусе. Фиксаторы с защелками обеспечивают надежное крепление и легкую замену батареи при необходимости. Диапазон рабочих температур литиевых батарей в корпусе SNAPHAT от -40 до 85°С.

 

 

Рис. 2. Наименования и внешний вид литиевых батарей в корпусе SNAPHAT

На рисунке 3 приведена структурная схема энергонезависимой памяти ZEROPOWER NVRAM компании STMicroelectronics. Память ZEROPOWER состоит из двух основных блоков: микромощного статического ОЗУ (LPSRAM или Low Power SRAM) и схемы контроля и переключения питания (супервизора). Схема защиты записи при сбоях по питанию исключает потерю и искажение информации при недостаточном напряжении питания микроконтроллера. Супервизор отслеживает напряжение питания статического ОЗУ и при предельно низком допустимом уровне переключает питание с основного источника на резервную литиевую батарею, так как при снижении основного напряжения питания Vcc ниже определенного порогового значения микроконтроллер может работать неустойчиво, что может привести к ошибкам записи или даже потери данных в ОЗУ. Для предотвращения такой нежелательной ситуации схема защиты записи блокирует доступ к ОЗУ и удерживает такое состояние до восстановления основного напряжения питания в допустимых пределах.

 

 

Рис. 3. Структура микросхем ZEROPOWER NVRAM фирмы STMicroelectronics

Сейчас компания STMicroelectronics выпускает микросхемы энергонезависимой памяти с объемом от 16 кбит до 16 Мбит. Основные параметры выпускаемых микросхем ZEROPOWER NVRAM сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Параметры микросхем памяти ZEROPOWER фирмы STMicroelectronics

Наименование	Организация памяти	Uпит. мин., В	Uпит. макс., В	Диапазон рабочих температур,°С	Корпус (а)
M48Z2M1V	16 Мбит (2 Мбит x 8)	3,0	3,6	0...70	PLDIP36
M48Z2M1Y		4,5	5,5
M48Z512BV	4 Мбит (512 кбит x 8)	3,0	3,6	0...70	PMDIP32
M48Z512AY		4,5	5,5	0...70, -40...85	PMDIP32
M48Z512A		4,75	5,5	0...70	PMDIP32
M48Z129V	1 Мбит (128 кбит x 8)	3,0	3,6	0...70	PMDIP32
M48Z128Y		4,5	5,5
M48Z128		4,75	5,5
M48Z35AV	256 кбит (32 кбит x 8)	3,0	3,6	0...70	PCDIP28, SOH28
M48Z35Y		4,5	5,5
M48Z35		4,75	5,5
M48Z18	64 кбит (8 кбит x 8)	4,5	5,5	0...70	PCDIP28
M48Z08		4,75	5,5	0...70
M48Z58Y		4,5	5,5	0...70	PCDIP28, SOH28
M48Z58		4,75	5,5	0...70
M48Z12	16 кбит (2 кбит x 8)	4,5	5,5	0...70	PCDIP24
M48Z02		4,75	5,5	0...70

Большинство микросхем энергонезависимой памяти выпускается для коммерческого диапазона температур (0...70°С), но есть серия микросхем M48Z512AY с индустриальным (-40...85°С) и коммерческим диапазонами рабочих температур.

Микросхемы памяти ZEROPOWER NVRAM выпускаются в нескольких типах корпусов. Основным корпусом для поверхностного монтажа (SMD) является корпус SNAPHAT. Микросхема в корпусе SOH28 имеет стандартное расположение выводов статической памяти SRAM, а литиевая батарея крепится сверху с помощью фиксаторов для ее оперативной замены. Низкопрофильный корпус SNAPHAT позволяет установить батарею непосредственно перед началом эксплуатации прибора, что продлевает срок службы резервного источника питания.

Корпуса CAPHAT имеют встроенную несъемную батарею, так как в большинстве случаев хранение данных в течение гарантированного срока 10 лет вполне достаточно при отключенном основном питании.

Несмотря на широкое разнообразие различных типов технологий энергонезависимой памяти (Flash, EEPROM, FRAM и др.), каждый тип памяти, сохраняющий данные после отключения основного питания, имеет свои конкретные преимущества и недостатки, поэтому микросхемы с резервной батареей находят широкое применение в наши дни и, несомненно, память ZEROPOWER NVRAM будут популярны и в будущем. Главный вывод – выбирать конкретную технологию энергонезависимой памяти нужно обязательно по совокупности нескольких параметров.

Вся информация взята с сайта производителя http://www.st.com/.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: analog.vesti@compel.ru 

 

PLUG&PLAY

В некоторых случаях требуется гораздо больший объем энергонезависимой памяти, чем содержится в одной микросхеме. Сейчас максимальный объем памяти ZEROPOWER NVRAM, выпускаемой STMicroelectronics, составляет 16 Мбит. Для создания энергонезависимой памяти объемом 64 Мбит STMicroelectronics предлагает использовать четыре микросхемы LPSRAM и специализированный контроллер (супервизор) M40Z300W (напряжение питания от 3,0 до 3,6 В) или M40Z300 (напряжение питания от 4,5 до 5,5 В) с собственным резервным питанием от встроенной литиевой батареи. Это проиллюстрировано на рисунке 4.

 

 

Рис. 4. Реализация 64 Мбит энергонезависимой памяти из четырех микросхем LPSRAM
с объемом 16 Мбит 

Дополнительное преимущество контроллеров M40Z300 и M40Z300W – наличие наименований с диапазоном рабочих температур от -40°С. Более подробная схема включения M40Z300/M40Z300W и четырех микросхем LPSRAM приведена на рисунке 5.

 

 

Рис. 5. Схема организации энергонезависимой памяти 64 Мбит из четырех микросхем LPSRAM 16 Мбит

На основе базовой технологии ZEROPOWER NVRAM изготавливаются также микросхемы TIMEKEEPER NVRAM. Для этого к энергонезависимой памяти добавляются схемы часов реального времени (Real Time Clock или RTC) и календаря, включая часовой кварцевый резонатор на частоту 32.768 кГц, что существенно расширяет области применения микросхем энергонезависимой памяти, предоставляя разработчику готовые функционально завершенные узлы. Микросхемы TIMEKEEPER NVRAM производят отсчет времени и сохраняют данные в регистрах даже при длительном отключении основного источника питания. Цифровой код с выходов счетчиков записывается в область распределенной памяти NVRAM и считывается как обыкновенные адреса ячеек памяти SRAM. Цифровые данные формируются для считывания в параллельном или последовательном кодах. Задающий генератор часов реального времени потребляет не более 40 нА, что обеспечивает долговременную работу встроенной литиевой батареи. Микросхемы TIMEKEEPER NVRAM оптимизированы для напряжений питания 3,3 или 5,0 В.

Широкий выбор микросхем компании STMicroelectronics на основе энергонезависимой памяти ZEROPOWER NVRAM и функционально законченных устройств на их основе позволяет разработчику сделать оптимальный выбор, упростить схему, снизить себестоимость прибора и сократить время от постановки задачи до реализации готового изделия.