Varčnost glede prostora in porabe pomeni, da so električno izbrisljivi programirljivi pomnilniki samo za branje (angl. Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory – EEPROM) idealni za mobilne naprave in aplikacije IoT. Nujno potrebni so tudi za funkcijo zaporednega zaznavanja prisotnosti (angl. Serial Presence Detect – SPD) v pomnilniških enotah osebnih računalnikov. Pri tem je ključno izbrati pravi EEPROM pomnilnik za določen način uporabe.
Rutronik GmbH
Avtor: Thomas Bolz
Zanimanje za prenosne računalnike in IoT naprave stalno narašča. Mobilne naprave postajajo vse manjše, življenjska doba in časi pripravljenosti pa se daljšajo. Te zahteve se kažejo tudi v razvoju digitalnih pomnilniških naprav: zmogljivost, gostota pomnilnika, hitrost in življenjska doba se povečujejo, poraba energije pa pada. Zaradi svoje majhnosti in relativno nizkega obratovalnega toka so Flash pomnilniki ter EEPROM pomnilniki trenutno med najpogosteje uporabljenimi pomnilniškimi integriranimi vezji za IoT, nosljive naprave itd.
EEPROM pomnilniki so polprevodniški pomnilniki, sestavljeni iz medsebojno povezanih FET tranzistorjev s plavajočimi vrati (slika 1). So zelo majhni, lahko delujejo pri nizkih napetostih in porabijo malo energije. Omogočajo tudi večbajtno delovanje in imajo majhno število priključkov.
Pomnilnik se programira tako, da se na plavajoča vrata tranzistorja dovede naboj (slika 2). Zapisani podatki se kažejo kot bitni vzorec vrat z dovedenim nabojem ali brez. Beremo jih na priključku ponora in izvora, kar lahko počnemo poljubno pogosto, običajna delovna napetost pri branju pa je daleč pod napetostjo za programiranje.
EEPROM pomnilniki so neizgubni pomnilniki. Tipična življenjska doba shranjenih podatkov (angl. retention) je deset let in več. Vendar pa traja programiranje EEPROM pomnilnikov veliko dlje kot programiranje Flash pomnilnikov, saj se podatki zapisujejo ali brišejo po posameznih bajtih in ne v celih podatkovnih blokih. Prednost: razvijalci lahko po potrebi spreminjajo le posamezne dele. Potrebna je samo ena zunanja napajalna napetost, saj se višja napetost, potrebna za programiranje/brisanje, ustvari interno. Običajno največje možno število zapisovalnih ciklov (angl. endurance) znaša od 10.000 do 1.000.000.
EEPROM pomnilniki se uporabljajo povsod, kjer je treba shraniti manjše količine podatkov, ki morajo ostati na voljo dalj časa. Take so na primer telefonske številke v telefonih, uporabljajo pa se tudi v pomnilniških karticah in za mikrontrolerje. Drugi primeri uporabe so SSD diski, osnovni vhodno/izhodni sistem osebnih računalnikov (angl. Basic Input/Output System – BIOS) in RAM pomnilniške enote, kjer EEPROM pomnilniki hranijo konfiguracijske podatke ali parametre za delovanje.
Vrste zaporednih in vzporednih vmesnikov
EEPROM pomnilniki so na voljo v dveh razredih. Modeli z zaporednim vmesnikom so zelo majhni in cenovno ugodni ter predstavljajo približno 90 odstotkov celotnega trga EEPROM pomnilnikov. Največkrat se uporabljajo za običajne naprave, saj so v nasprotju s EEPROM pomnilniki z vzporednimi vmesniki počasnejši in imajo nižjo gostoto shranjevanja, običajno od 256 b do 256 Kb.
Pomnilniki z vzporednim vmesnikom imajo večjo gostoto (≥ 256 Kb). Običajno so hitrejši, imajo dolgo življenjsko dobo in so zanesljivejši. V nasprotju s EEPROM pomnilniki z zaporednim vmesnikom potrebujejo večje število priključkov, 28 ali več, zaradi česar so večji – običajno preveliki za vedno manjše končne izdelke.
Odločitev med pomnilniki z zaporednim in vzporednim vmesnikom je torej kompromis med ceno, razpoložljivim prostorom ter gostoto pomnilnika. Pri izbiri pomnilnika pa je treba upoštevati tudi delovno temperaturo in napetost oziroma potrebne minimalne ali maksimalne napetosti.
Na splošno EEPROM pomnilniki podpirajo vmesnike SPI, I2C in Microwire. Tu se odločamo glede na hitrost prenosa, razpoložljivost naprave in sistemsko porabo energije. SPI omogoča hitrosti do 20 MB/s in ga največkrat uporabljamo za načine uporabe, kjer je potrebna velika hitrost, vendar pa zahteva s štirimi priključki dvakrat več priključkov kot I2C (od 400 kB/s do 1 MB/s). Pri I2C je število potrebnih priključkov mikrokontrolerja manjše, saj je mogoče več EEPROM pomnilnikov povezati z istim vodilom. Vmesnik Microwire je počasnejši od SPI in na voljo le z manjšimi pomnilniki. Tudi tukaj potrebujemo štiri priključke.
Pomnilniške enote za delovne pomnilnike osebnih računalnikov
Računalniki ob zagonu izvedejo samopreizkus. To vključuje samodejno zaznavanje in konfiguriranje vgrajene strojne opreme. Zaporedno zaznavanje prisotnosti (angl. Serial Presence Detect – SPD) je informacija, shranjena v EEPROM pomnilniku na pomnilniški enoti SDRAM, ki sistemu BIOS sporoči potrebne podatke o kapaciteti pomnilnika, širini podatkov, časovni uskladitvi, napajalni napetosti itd. S temi informacijami sistem BIOS konfigurira pomnilnik za največjo možno zanesljivost in zmogljivost. Brez tehnologije SPD pravilna komunikacija med procesorjem in pomnilnikom ne bi bila mogoča.
Dvojna vrstna pomnilniška enota (angl. Dual Inline Memory Module – DIMM) je pomnilniška kartica, ki je opremljena s pomnilniškimi integriranimi vezji SDRAM določenega tipa in se uporablja kot glavni pomnilnik v osebnih računalnikih, strežnikih ter drugih napravah. Enota DIMM je sestavljena iz enega ali več integriranih vezij s pomnilnikom z naključnim dostopom (angl. Random Access Memory – RAM) in majhnega tiskanega vezja, ki jih povezuje z matično ploščo računalnika. Podatkovno vodilo je 64-bitno.
Na voljo so različne DIMM enote. Vse imajo enako dolžino, vendar med seboj niso združljive. Razlikujejo se po delovni napetosti, številu kontaktov in kodirnih zarezah. To preprečuje vstavljanje enot iz različnih pomnilniških družin (SDR, DDR, DDR2, DDR3 itd., glejte tabelo 1) v napačno režo.
DDR-SDRAM in različice DDR2, DDR3, DDR4
Kratica DDR-SDRAM pomeni sinhronski dinamični pomnilnik z naključnim dostopom in dvojno hitrostjo prenosa podatkov (angl. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory). Polprevodniški pomnilniki se ne uporabljajo le v računalnikih, ampak tudi v motornih vozilih, omrežjih, medicinski tehnologiji in potrošniški elektroniki. Različne različice pomnilnikov SDRAM (DDR, DDR2, DDR3 in DDR4) se razlikujejo glede na hitrost prenosa podatkov, frekvenco delovanja in število kontaktov.
V primerjavi z običajnimi SDRAM pomnilniki je hitrost prenosa pomnilnika veliko večja. To je mogoče zaradi postopka z dvojno hitrostjo prenosa podatkov (angl. Double Data Rate – DDR): Za prenos podatkov se ne uporablja le naraščajoči, ampak tudi padajoči rob signala ure. To podvoji pasovno širino.
Da lahko matična plošča določi potrebne nastavitve krmilnika pomnilnika, ima vsaka SDRAM pomnilniška enota svoj digitalni podatkovni list. Shranjen je v SPD-EEPROM pomnilniku in ga prebere BIOS sistem. Te informacije so nujno potrebne za konfiguracijo krmilnika pomnilnika.
EEPROM pomnilniki z ultranizko porabo za nosljive naprave in druge načine uporabe za IoT
Povpraševanje po EEPROM pomnilnikih narašča zlasti na področju IoT. Pri tem so ključne majhne naprave z majhnimi baterijami, katerih čas pripravljenosti in delovanja naj bi bila čim daljša. To zahteva majhno porabo energije in nizko delovno napetost. Rešitev so kompaktni EEPROM pomnilniki z ultranizko porabo.
Podjetje Giantec Semiconductor ponuja širok nabor zanesljivih izdelkov. Z več kot tremi milijardami prodanih EEPROM pomnilnikov je to podjetje tretje v svetovnem merilu in prvo v Aziji. Razlog za ta uspeh so kakovostni modeli. Tipičen tok v pripravljenosti znaša Isb < 200 nA, najvišji delovni tok pa samo 300 µA. Življenjsko dobo baterije lahko še podaljšate z izklopom EEPROM pomnilnikov, ko jih programirljive V/I-naprave (angl. Programmable I/O – PIO) ne uporabljajo. Podjetje Giantec ponuja EEPROM pomnilnike z vmesniki I2C, SPI in Microwire v vseh običajnih ohišjih, kot so PDIP, SOP8, MSOP8, DFN in WLCSP.
Celotna ponudba EEPROM pomnilnikov serije GT34 iz podjetja Giantec podpira pomnilnike SDRAM DDR2, DDR3 in DDR4. Za DDR3 in DDR4 imajo certifikat Intel za uporabo v enotah DIMM. Zelo zanesljiva serija SPD/TS (Temperature Sensor) enote za DIMM (tabela 2) je na voljo v različnih ohišjih in z delovnimi napetostmi od 1,7 do 5,5 V. EEPROM pomnilniki omogočajo do milijon zapisovanj in ohranijo podatke do 100 let.
Kot edini distributer podjetja Giantec podjetje Rutronik podpira svoje stranke pri izbiri pravega izdelka iz široke ponudbe za vse načine uporabe.
Rutronik GmbH,Podružnica v Ljubljani
Motnica 5, 1236 Trzin, Slovenia
E-pošta: rutronik_si@rutronik.com
Tel. +386 1 561 09-80
https://www.rutronik.com
