Există o convingere generală conform căreia evoluţia echipamentelor electronice (în special a electronicii de consum) trebuie să se îndrepte în mod inevitabil spre aplicaţiile IoT. Se preconizează şi creşterea popularităţii diferitelor tipuri de sisteme inteligente, precum casele, îmbrăcămintea sau transportul inteligent. Un element inseparabil al fiecăruia dintre aceste sisteme îl reprezintă un număr mare de diverşi senzori, de obicei autonomi şi alimentaţi cu baterii. Pentru prelungirea duratei de funcţionare a acestor echipamente fără a fi necesară încărcarea acumulatorului, proiectanţii au acordat o atenţie specială limitării la maximum a consumului de energie. Printre elementele cele mai mari consumatoare de energie se numără, în multe cazuri, circuitele de memorii nevolatile, utilizate atât pentru stocarea codului programului, cât şi a datelor. Circuite interesante de acest tip, special dedicate aplicaţiilor IoT, puteţi găsi în oferta firmelor Adesto şi Everspin.
Circuite de memorie nevolatilă dedicate aplicaţiilor IoT în oferta Adesto
În oferta Adesto se află trei game de circuite de memorii nevolatile semiconductoare: DataFlash, Fusion şi Mavriq. Caracteristicile de bază ale circuitelor şi diferenţele dintre acestea sunt prezentate în tabelul de mai jos:
Seria DataFlash
Circuitele din gama DataFlash, datorită capacităţii destul de mari (de până la 64 Mbit), sunt memorii nevolatile universale, care pot fi folosite atât pentru stocarea unor cantităţi foarte mari de date, cât şi a codului de program.
Sunt prevăzute cu două buffere SRAM (fiecare de dimensiunea uneia dintre paginile memoriei Flash, adică 256 B), care accelerează semnificativ operaţiile de salvare a unor mari loturi de date. Sunt prevăzute cu populara interfaţă serială SPI, care permite limitarea numărului de trasee pe placă şi a intrărilor folosite ale microprocesorului.
Unul dintre dezavantajele tehnologiei Flash îl reprezintă necesitatea ştergerii conţinutului celulei de memorie înainte de o nouă scriere. Datorită arhitecturii corespunzătoare, circuitele din această serie permit efectuarea operaţiei de ştergere la nivelul unei pagini (256 B), bloc (2 KB), sector (256 KB) sau pe întreaga zonă a memoriei. Această flexibilitate permite administrarea eficientă a zonei de memorie disponibile şi prelungirea duratei de viaţă a circuitului.
Circuitele sunt caracterizate de un consum de energie destul de redus, atât în timpul funcţionării, cât şi atunci când sunt inactive. Sunt prevăzute cu patru moduri de funcţionare (activ, standby, sleep, deep sleep). În modul “deep sleep”, consumul de curent este de circa 400 nA, iar în timpul citirii cu viteza maximă (85 MHz) se ajunge la 22 mA. Durata scrierii unei pagini de date este de 1.5 ms.
Seria Fusion
Circuitele din gama Fusion prezintă majoritatea avantajelor seriei DataFlash descrise mai sus. Sunt caracterizate de o memorie disponibilă mai mică (4 Mbit), au însă dimensiuni fizice mai reduse, un consum de energie mai mic şi, de asemenea, sunt de câteva ori mai ieftine. Pot funcţiona într-un domeniu de tensiuni de alimentare mai larg (între 1.65 V şi 4.4 V). Citirea prin interfaţa SPI se poate efectua cu o viteză maximă de 104 MHz, curentul de alimentare consumat fiind în acest caz de circa 10 mA. În modul “deep sleep”, intensitatea curentului de alimentare consumat este de aproximativ 300 nA.
Seria Mavriq
Circuitele din seria serii Mavriq utilizează celule de memorie realizate în tehnologia CBRAM (Conductive Bridging RAM). După cum specifică producătorul, această tehnologie permite desfăşurarea operaţiei de scriere de 20 de ori mai rapid decât în cazul tehnologiei Flash, consumând de 10 ori mai puţină energie. Arhitectura circuitului permite accesul liber (citire/scriere) la fiecare celulă de memorie (durata scrierii unui byte este de 30 µs). Curentul de alimentare consumat în timpul citirii este de 0.25 mA, în timpul salvării 1.0 mA, iar în modul standby 1.0 µA.
Alternativa la memoriile semiconductoare – memoria magnetorezistivă de la Everspin
O alternativă interesantă la memoriile semiconductoare poate fi tehnologia MRAM (Magnetoresistive RAM – memorie magnetorezistivă) dezvoltată de firma Everspin. În oferta acestui producător putem găsi circuite cu capacitatea cuprinsă între 256 kbit şi 16 Mbit.
Memoria MRAM este lipsită de multe dintre dezavantajele tehnologiei Flash. Nu prezintă probleme precum necesitatea ştergerii celulei de memorie înainte de o nouă scriere sau numărul limitat de cicluri de scriere/citire. În plus, circuitele MRAM sunt foarte rapide – durata unui ciclu atât de scriere, cât şi de citire, este de 35 ns. Un alt avantaj îl reprezintă posibilitatea unei stocări foarte îndelungate a informaţiilor salvate. Producătorul declară că perioada minimă de stocare a datelor salvate pe suport este de 20 de ani.
Circuitele, în funcţie de tip, sunt prevăzute cu următoarele interfeţe de comunicare: paralel de 8 biţi, paralel de 16 biţi, SPI şi QuadSPI. În cazul interfeţei SPI se poate obţine o viteză de transmisie de până la 40 MHz, iar în cazul Quad SPI de până la 104 MHz. Toate circuitele sunt alimentate la tensiuni standard CMOS situate în intervalul 3 – 3.6 V (pentru anumite tipuri între 2.7 şi 3.6 V). Sunt caracterizate de un consum de energie puţin mai mare decât memoriile semiconductoare Adesto descrise mai sus. La citire, curentul de alimentare consumat ajunge la 60 mA, iar în timpul scrierii până la 150 mA.
Alegerea circuitului potrivit
Echipamentele IoT folosesc foarte frecvent circuite de memorie nevolatilă externe. Exemple ale unor asemenea utilizări pot fi senzorii, alimentaţi cu baterii, care alcătuiesc sistemele de case inteligente sau tot mai popularele dispozitive electronice purtabile (wearable electronic). Alegerea circuitului optim în fiecare caz în parte depinde, desigur, de mai mulţi factori şi limitări, precum capacitatea necesară a memoriei, viteza de operare, durata de viaţă a bateriilor şi bugetul alocat. Fiecare dintre circuitele prezentate mai sus poate fi însă o propunere interesantă pentru anumite aplicaţii. În cazul în care căutaţi produse ieftine şi care consumă foarte puţină energie, merită să vă orientaţi spre seria Mavriq. Dacă aveţi nevoie de o capacitate mai mare a memoriei, o soluţie interesantă poate fi seria Fusion sau DataFlash. Memoriile MRAM pot fi cele mai adecvate dacă ne interesează, în primul rând, o scriere rapidă şi o durabilitate îndelungată a informaţiilor stocate. Toate produsele descrise sunt disponibile în oferta firmei Transfer Multisort Elektronik – distribuitor al circuitelor Adesto şi Everspin. Mai multe informaţii se află pe pagina de internet a TME – www.tme.eu
Transfer Multisort Elektronik | www.tme.eu
