Zahteve za neizgubne pomnilnike glede hitrosti zapisovanja in branja, trajnosti podatkov ter majhne porabe naraščajo, zlasti v poslovno kritičnih aplikacijah. Preizkušena tehnologija, ki izpolnjuje tudi ekstremne zahteve, so pomnilniki F-RAM.
Rutronik GmbH
Avtorji: Chen Wang – Rutronik, Zarepour Mahrokh ter Gabriel Philipp – oba iz podjetja Infineon
Zbiranje podatkov je od nekdaj bistven element v poslovno kritičnih okoljih in aplikacijah. Za shranjevanje podatkov smo zato običajno uporabljali statične pomnilnike z naključnim dostopom (Static Random Access Memory – SRAM) s pomožno baterijo. Pomnilniki SRAM sicer zagotavljajo visoko raven varnosti, imajo pa tudi nekaj slabosti:
- Potrebnih je več delov (baterija, krmilnik za upravljanje energije), ki vzamejo veliko prostora na tiskanem vezju in se relativno pogosto kvarijo.
- Zaradi preprečevanja pregrevanja baterije vgradimo običajno šele po spajkanju, kar poveča proizvodne stroške.
- Industrijski roboti in vozila so pogosto izpostavljeni tresljajem, kar lahko povzroči, da se priključki, ki držijo baterije na mestu, zrahljajo ali snamejo. To zmanjša zanesljivost celotnega sistema.
- Baterije zahtevajo v dolgi življenjski dobi običajnega industrijskega robota ali vozila vzdrževanje in menjavo.
- Baterije niso skladne z Direktivo RoHS in zato upravljavcem povzročajo težave pri odstranjevanju.
Strokovno znanje
Zaradi naštetega se v industrijskih aplikacijah vedno pogosteje uporabljajo neizgubni pomnilniki (Non-Volatile Memory – NVM). Pogosto so prva izbira pomnilniki EEPROM, ki pa so praviloma neprimerni, saj večina aplikacij pri zbiranju podatkov zahteva zanesljivost v realnem času. Poleg tega niso posebno energetsko učinkoviti, poraba energije pa je odločilen dejavnik, ker te aplikacije zahtevajo stalno zbiranje podatkov.
Glavne zahteve za podatkovni pomnilnik
Zaradi zahtev po neprekinjenem zbiranju podatkov in dolgi življenjski dobi morajo imeti pomnilniki za industrijske ter avtomobilske (pa tudi medicinske) aplikacije praktično neomejeno vzdržljivost.
F-RAM EEPROM
Zapisovanje Prepisovanje Brisanje + zapisovanje
Čas cikla zapisovanja V trenutku 5 ms
Energija za zapisovanje (4 Mb) 1510 pJ 192.000 pJ
Vzdržljivost 1014 ciklov 106 ciklov
Cena/Mb (€) €€€ €€
Pomnilniki F-RAM so v primerjavi s pomnilniki EEPROM boljši na vseh področjih.
Feroelektrični pomnilniki z naključnim dostopom (Ferroelectric Random Access Memory – F-RAM) imajo večjo vzdržljivost kot pomnilniki EEPROM, poleg tega pa podatke za razliko od pomnilnikov EEPROM shranijo v trenutku. So energetsko učinkoviti in ne potrebujejo dodatne baterije za energijo za shranjevanje kot pomnilniki SRAM. Prav tako ni potreben krmilnik za pomnilnik, kar prihrani prostor in stroške. Manjše število delov hkrati poveča zanesljivost. Dodatna prednost je velika izbira izdelkov na trgu, tako da je za vsak način uporabe na voljo optimalen pomnilnik F-RAM.
Trendi pri zbiranju podatkov
V industriji in na trgih medicine ter avtomobilizma opažamo nove trende, ki vplivajo na zbiranje podatkov v ustreznih aplikacijah.
Trend v industriji: Načrtovalci industrijskih aplikacij se morajo odločiti, ali naj zbiranje podatkov poteka centralno v glavnem mikrokontrolerju ali ločeno na vsakem motorju. Trenutno potrebujejo aplikacije za zbiranje podatkov na motorju do 1 MB pomnilnika, za zbiranje v krmilniku pa do 16 MB.
Za načine uporabe z veliko hitrostjo, npr. pri krmilnikih za šestosne robote, zagotavlja najnovejša generacija pomnilnikov F-RAM Excelon podjetja Infineon veliko gostoto pomnilnika in štirikratni vmesnik SPI (QSPI) za hitro prenašanje podatkov. Za aplikacije z manjšimi zahtevami, na primer krmiljenje premikov s tremi krmilniki motorjev, so serijsko na voljo tudi modeli z manjšo gostoto in zaporednim vmesnikom (Serial Peripheral Interface – SPI).
Trendi v avtomobilizmu:
Avtomobilski sistemi zahtevajo stalno zapisovanje podatkov in morajo pri izpadu napajalne napetosti podatke iz tipal shraniti brez zakasnitev. V težkih delovnih okoljih z velikimi zahtevami glede števila ciklov branja/zapisovanja in trajnosti podatkov je potrebna čim bolj stabilna zmogljivost, pa tudi učinkoviti vmesniki z majhnim številom priključkov in veliko hitrostjo. Za to so zasnovani pomnilniki F-RAM serije Excelon Auto: podatke shranijo takoj, brez zakasnitev in dodatnih delov. Podpirajo vmesnik QSPI do 108 MHz in so potrjeni po standardu AEC-Q100-1, -2 in -3. Pomnilniki tako izpolnjujejo merila za funkcionalno varnost. 100 bilijonov zapisovalnih ciklov zadošča, da integrirano vezje Excelon v avtomobilu podatke zapisuje kar 20 let.
Trendi v medicini:
Vse večja povezljivost in internet stvari z nosljivimi ter daljinsko upravljanimi sistemi za spremljanje bolnikov omogočata oskrbo, ki se iz bolnišnice vse bolj seli domov. Gonilna sila tega razvoja sta hitro staranje prebivalstva in naraščajoči stroški zdravstvenega varstva, zlasti v industrializiranih državah.
Domači mobilni medicinski pripomočki, kot so infuzijske črpalke ali srčni spodbujevalniki, omogočajo zdravljenje na daljavo, kar pa zahteva bistveno obsežnejše in zanesljivejše zbiranje podatkov v realnem času, da zagotovimo učinkovito ter varno delovanje tudi ob morebitnem izpadu elektrike. Majhna poraba ima pri tem pomembno vlogo, da zagotovimo čim daljše delovanje naprav z baterijo.
S funkcijami za zapisovanje brez zakasnitve, skoraj neomejeno življenjsko dobo in načini z ultranizko porabo enote Excelon F-RAM izpolnjujejo vse zahteve (slika 1). Z najnovejšim ohišjem GQFN so ob tem tudi zelo majhni, kar je prednost predvsem za prenosne naprave. Pomnilniki F-RAM iz podjetja Infineon so ob tem tako robustni, da prenesejo učinke magnetnih polj in sevanja. To zmanjša tveganja zaradi zunanjih sistemov in odpravlja potrebo po zamenjevanju pomnilnikov.
Zaključek
Primeri so jasni
Potrebe po zanesljivem, hitrem, varčnem in zmogljivem pomnilniku F-RAM so se znatno povečale pri širokem naboru aplikacij, kjer zbiramo podatke iz več tipal.
To še posebej velja za poslovno kritična področja, kjer lahko izguba podatkov resno ogrozi varnostne mehanizme.
Poleg tega ima zbiranje podatkov pomembno vlogo pri omogočanju novih funkcij umetne inteligence in strojnega učenja, kot je vzdrževanje z napovedovanjem. Zagotavlja podatke, ki bodo spodbujali inovacije v teh aplikacijah.
Zaradi njihove praktično neomejene življenjske dobe v kombinaciji s takojšnjim in zanesljivim shranjevanjem ter veliko hitrostjo prenosa podatkov so pomnilniki Infineon F-RAM prva izbira za visokozmogljivo zbiranje podatkov v sistemih ADAS, industrijskih robotih in medicinskih pripomočkih.
Pomnilniki F-RAM z različnimi gostotami izpolnjujejo potrebe različnih aplikacij in s tem razvijalcem zagotavljajo potrebno prilagodljivost pri izpolnjevanju zahtev naprednih tehnologij naslednje generacije za naprave na obrobju.
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
