Zastosowanie pamięci F-RAM pozwala zaoszczędzić energię

Wydłużenie czasu pracy baterii

Oprócz prostych wymagań projektowych, pamięci F-RAM o niskim zużyciu energii umożliwiają deweloperom zmniejszenie zużycia prądu i wydłużenie czasu pracy baterii. Urządzenia Cypress CY15x10xQI, zaprojektowane specjalnie do zastosowań zasilanych bateryjnie, integrują wbudowane układy kontroli prądu uruchomieniowego, które redukują stosunkowo duże natężenie prądu generowane zazwyczaj podczas włączania zasilania urządzeń NVM.

Urządzenia pamięci F-RAM Cypress Excelon LP sprawiają również, że deweloperzy mogą stosować różne strategie w celu wydłużenia czasu pracy baterii w urządzeniach ubieralnych oraz IoT, które wykorzystują czujniki do śledzenia stosunkowo powolnego postępu rzeczywistych zdarzeń. W tych projektach, urządzenia pamięci F-RAM Cypress Excelon LP mogą zazwyczaj pracować z niższą częstotliwością taktowania, co zmniejsza zużycie prądu. Dla przykładu: podczas pracy przy taktowaniu o częstotliwości 1MHz, pobór prądu urządzenia CY15V108QI 8Mb spada do 300 mikroamperów (µA) z 1,3mA wykorzystywanych przy urządzeniu pracującym na częstotliwości 20MHz. Podobnie urządzenie CY15V104QI 4Mb wymaga jedynie 200µA przy częstotliwości 1MHz w porównaniu z 1,2mA przy częstotliwości 20MHz.

Korzystając ze specjalnych trybów niskiego zużycia energii dostępnych w urządzeniach pamięci F-RAM Excelon LP, deweloperzy mogą dodatkowo zminimalizować zużycie energii przez system w okresach bezczynności, które rutynowo występują w urządzeniach ubieralnych i zastosowaniach IoT. Urządzenia pamięci F-RAM obsługują trzy tryby niższego poboru mocy, które pozwalają deweloperom na obniżenie poboru prądu kosztem czasu odpowiedzi.

Urządzenia automatycznie przechodzą w pierwszy tryb niższego poboru mocy (tryb pogotowia) gdy ØCS przyjmuje stan wysoki w celu zakończenia sekwencji SPI. I odwrotnie, urządzenia automatycznie wychodzą z trybu pogotowia, gdy ØCS przyjmuje stan niski w celu rozpoczęcia nowej sekwencji SPI. W trybie pogotowia, pamięć F-RAM CY15V108QI Excelon LP 8Mb zużywa tylko 3,5µA, a CY15V104QI 4 Mb tylko 2,3µA.

Tryb pogotowia zapewnia natychmiastowe automatyczne obniżenie prądu bez konieczności wprowadzania dodatkowych opóźnień w celu powrotu do normalnego trybu pracy. W przypadku zastosowań o długich okresach bezczynności nawet taki pobór prądu niepotrzebnie na dłuższą metę skraca żywotność baterii. W takich przypadkach, urządzenia pamięci F-RAM Excelon LP mają do dyspozycji dwa dodatkowe tryby niskiego poboru mocy - tryb głębokiego wyłączenia zasilania i tryb hibernacji.

W odróżnieniu od domyślnego trybu pogotowia, tryby głębokiego wyłączenia zasilania i hibernacji są wprowadzane za pomocą specjalnych kodów operacji SPI. Podobnie jak w przypadku operacji odczytu i zapisu SPI, urządzenie nadrzędne SPI wydaje polecenie głębokiego wyłączenia zasilania (DPD) kodem (BAh) lub hibernacji (HBN) kodem (B9h) i tym samym nakazuje urządzeniu pamięci F-RAM wejście w odpowiedni tryb niskiego poboru mocy (ilustracja 4).

Ilustracja 4: Deweloperzy mogą korzystać ze standardowych protokołów SPI, aby ustawić urządzenie pamięci F-RAM Cypress Semiconductor Excelon LP w tryb głębokiego wyłączenia zasilania (DPD) lub hibernacji (HIB), które znacznie zmniejszają pobór prądu, ale powodują opóźnienia wejścia (t_ENTxxx) i wyjścia (t_EXTxxx) zależne od trybu. (Źródło: © Cypress Semiconductor).

Wpływ trybów niskiego poboru mocy jest zasadniczy przy poborze prądu poniżej 1µA (tabela 1). Chociaż znacznie zmniejszają one natężenie prądu w urządzeniu, korzystanie z tych trybów jest pójściem na pewnego rodzaju kompromis, który może mieć wpływ na operacje na danych wrażliwe na czas. Tryby niskiej mocy DPD i HIB powodują dodatkowe opóźnienia wejścia w dany tryb (t_ENTDPD lub t_ENTHIB) oraz wyjścia z danego trybu (t_EXTDPD lub t_EXTHIB) (tabela 1 i ilustracja 4).

Tabela 1: Pobór prądu w trybach zasilania urządzenia pamięci F-RAM Excelon LP wraz z towarzyszącymi im opóźnieniami wejścia w tryb głębokiego czuwania lub hibernacji (tENTDPD lub tENTHIB) lub wyjścia z nich (tEXTDPD lub tEXTHIB). Liczby odnoszą się do komercyjnych wersji niskonapięciowych o zakresie napięcia zasilania od 1,71V do 1,89V i zakresie temperatur pracy od 0°C do +70°C. (Źródło ©: arkusz danych pamięci F-RAM Cypress Excelon LP)

Korzystając z wywoływanych kodami operacyjnymi trybów niskiego poboru mocy, deweloperzy muszą zrównoważyć korzyści płynące z niższego zużycia prądu w tych trybach z czasem potrzebnym do wejścia w nie i wyjścia z nich. Każdy system, który wchodzi w wydłużone okresy bezczynności, prawdopodobnie powinien korzystać z jednego z tych trybów, ale konkretny wybór trybu zależy w znacznym stopniu od oczekiwanego cyklu pracy urządzeń pamięci F-RAM w aktywnych okresach użytkowania. W przypadku urządzeń pamięci F-RAM, które muszą pracować w trybach wysokiego obciążenia, koszty wielokrotnego wejścia w tryb niskiego poboru mocy i wyjścia z niego mogą przynieść efekt przeciwny do zamierzonego. Na przykład, firma Cypress sugeruje, że każde zastosowanie z okresem bezczynności wynoszącym 10 sekund lub więcej jest doskonałym kandydatem do wprowadzenia trybu hibernacji.

Podsumowanie

Pojawiająca się potrzeba długoterminowego przechowywania danych w zasilanych bateryjnie urządzeniach ubieralnych oraz IoT sprawia, że deweloperzy poszukują układów NVM, które oferują niskie zużycie energii bez ograniczeń wydajności typowych dla konwencjonalnych technologii NVM, takich jak pamięć EEPROM i flash. Bazując na naturalnej szybkości i niezawodności technologii pamięci F-RAM, układy pamięci F-RAM Cypress Semiconductor Excelon o niskim zużyciu energii (LP) łączą w sobie mniejsze zapotrzebowanie na prąd z programowalnymi trybami niższego poboru mocy, które mogą zmniejszyć zużycie prądu poniżej jednego mikroampera. Korzystając z urządzeń pamięci F-RAM Cypress Excelon LP, deweloperzy mogą szybko uzupełnić zasilane bateryjnie produkty o możliwość długoterminowego przechowywania danych, gwarantując jednocześnie szybkość konwencjonalnej pamięci o dostępie swobodnym i możliwość niezawodnego przechowywania danych przez ponad 150 lat.