一种新型非易失性存储器的原理及应用

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一种新型非易失性存储器的原理及应用

摘要：本文详细了介绍了德国ZMD公司的非易失性存储器（NvSRAM）的原理、种类及应用。德国ZMD公司的非易失性存储器采用SRAM+EEPROM方式，巧妙地将两种存储技术集成进一个芯片之中，降低了成本，提高了可靠性。本文除介绍芯片原理之外，还提供了参考框图。
关键词：ZMD，nvSRAM，非易失性存储器，掉电非易失

纵观目前低容量并行接口的非易失存储器市场，EEPROM、FRAM、SRAM+BAKBAT方式等占据了市场主流，其中EEPROM的供应厂家很多，其中以ATMEL，ST等厂家占主导地位，FRAM只有美国RAMTRON公司一技独秀，而采用SRAM+BAKBAT方式的厂家，目前DALLAS占据了大部分市场空间，国内也有几家公司提供类似产品，其中比较知名的如HK等。以上几种产品性能方面各有优缺，其中EEPROM的市场应用范围最为广泛，其缺点也是路人皆知，写入速度慢，至少10ms的写等待时间，而且写操作次数有限制；FRAM铁电存储器的优点在于其操作速度很快，能够达到标准SRAM的速度，而且写操作次数特别高，最低能够实现100亿次的写操作，但其读写时序与标准SRAM有差别，目前还没有做到完全兼容；采用SRAM+后备电池是一种传统而古老的非易失存储方式，这种方式由于DALLSA的大力推广又获得了新生，此方式的优点在于芯片能够与标准的SRAM完全兼容，而且操作速度非常快，但是缺点也是非常明显的，芯片体积很大，占据太多的电路板空间，而且芯片内部的电池存在使用环境的限制，并且如果电池电量耗尽，那么所有的数据都将丢失。

德国ZMD公司研发了采用另外一种方式的非易失性存储器nvSRAM，它采用了全新的SRAM+EEPROM方式，实现无须后备电池的非易失性存储，芯片接口、时序等与标准SRAM完全兼容。这样就方便用户直接替换DALLAS、HK等公司的同类产品，或者可以方便地将原来电路中的SRAM换成ZMD公司的nvSRAM，而无须更改电路。



ZMD公司的nvSRAM有两种操作模式，SRAM模式与非易失性模式，
在SRAM模式中，存储器可以像普通的静态RAM一样操作，SRAM可以读写无限次，且读写访问时间小于25ns，所有的nvSRAM都是以字节方式组织的。

在非易失性模式中，数据从SRAM中保存进EEPROM中（STORE操作），或者从EEPROM回读至SRAM中（RECALL操作）。STORE和RECALL可能会按下面的方式开始：

1、在系统上电或者下电时，自动开始STORE或者RECALL操作。

2、通过软件序列或者硬件信号，由用户控制开始STORE或者RECALL操作。

一旦STORE和RECALL周期开始后，SRAM的进一步输入输出便被禁止，直至周期结束，片上的STORE和RECALL控制单元控制数据在SRAM与EEPROM之间转移

在任何时间，几毫秒之内SRAM中的数据就可以被存储于EEPROM中，数据可以写进EEPROM中至少10万次，从EEPROM中读出数据至SRAM中的次数是没有限制的，nvSRAM保证数据从上一次保存周期结束后可以至少保存45年以上，它保证在芯片调换时或者未来电压突然中断时，数据不会丢失。

目前ZMD公司的nvSRAM根据数据保存方式不同有四种类型，分别是HardStore，SoftStore，PowerStore，CapStore，每种不同的存储方式对应着不同的产品型号，以下对这几种方式做一个详细的说明与解释。

HardStore nvSRAM

控制管脚上的信号控制nvSRAM中的数据从SRAM保存进EEPROM上（STORE），或者从EEPROM回读至SRAM中（RECALL）。

SoftStore nvSRAM

一个预定义的六个连续的SRAM读操作控制nvSRAM中的数据从SRAM保存至EEPROM中（STORE），或者从EEPROM回读至SRAM中（RECALL）。

PowerStore nvSRAM

数据从SRAM保存至EEPROM中，是在内部的电压传感器控制下自动执行的，当传感器检测到操作电压跌落低于一个最小值的时候，会自动启动保存操作，保存数据的能量是由外部的一个联接至电容能量管脚的电容提供，或者由系统固有容性提供能量。

CapStore nvSRAM

数据从SRAM转移至EEPROM中是在电压检测器的控制下自动执行的，当电压检测器检测到操作电压跌落低于一个最小值时，自动启动保存操作，保存数据的能量由一个内部的电容提供。

所有类型的nvSRAM在系统上电时自动执行回读操作（RECALL）。

PowerStore和CapStore可以提供硬件或者软件的保存（STORE）或者回读（RECALL）操作，除了在系统下电或者掉电时转移数据是自动执行的。

nvSRAM的典型应用包括工业控制和汽车电子，同时也包括医疗及测量系统。在极端环境下，如果数据的可靠性存储需要得到保证，那么nvSRAM将是一种完美的解决方案。
在各种数字设备中，nvSRAM可以用于保存各种紧急数据。在小型化的应用中，可以将数据存储器与程序存储器集中在一片nvSRAM中，以此来减少电路板上IC的数目，提高了系统的灵活性及性能。具有快速访问特性的nvSRAM是测量及医疗应用中的理想的数据存储方案，测量的数据可以保存在SRAM中，然后在系统正常下电或者系统突然掉电时，将数据转移进EEPROM中。

李小路

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