Cerințele privind memoria nevolatilă din punct de vedere al vitezei de scriere și accesare a datelor, al retenției datelor și al consumului redus de putere sunt din ce în ce mai mari, în special în aplicațiile critice. O tehnologie încercată și testată care îndeplinește și cerințele extreme este F-RAM.
Achiziția de date a fost întotdeauna un element foarte important în mediile și aplicațiile critice. Prin urmare, pentru stocarea datelor se folosea de obicei o memorie SRAM (memorie statică cu acces aleatoriu) alimentată de la baterie. Chiar dacă asigură un nivel ridicat de siguranță și securitate, SRAM are diverse dezavantaje:
- Sunt necesare mai multe componente (baterie, controler de management al alimentării) care ocupă mult spațiu pe PCB și au o rată ridicată de defectare.
- Pentru a preveni supraîncălzirea bateriei, aceasta este montată, de regulă, după procesul de reflow, ceea ce duce, până la urmă, la creșterea costurilor de producție.
- Roboții și vehiculele industriale sunt adesea supuse la vibrații, ceea ce determină slăbirea sau desprinderea conectorilor care fixează bateriile. Acest lucru reduce fiabilitatea întregului sistem.
- De asemenea, bateriile trebuie întreținute și înlocuite pe parcursul duratei lungi de funcționare a unui robot sau vehicul industrial.
- În plus, bateriile nu respectă directivele RoHS și creează adesea probleme pentru operatori atunci când vine vorba de scoaterea lor din uz.
Din aceste motive, memoria nevolatilă (NVM – Non-Volatile Memory) este din ce în ce mai mult utilizată în aplicațiile industriale. Deseori, EEPROM-urile sunt prima alegere. Cu toate acestea, ele sunt, de regulă, nepotrivite, deoarece majoritatea aplicațiilor necesită fiabilitate în timp real pentru achiziția de date. În plus, EEPROM-urile nu sunt foarte eficiente din punct de vedere energetic. Totodată, consumul redus de putere este un factor critic, deoarece datele trebuie colectate continuu în astfel de aplicații.
Cerințe privind memoria principală
Din cauza cerințelor de achiziție continuă a datelor și a cererii de durată de viață lungă, memoriile pentru aplicațiile industriale și auto, dar și pentru aplicațiile medicale, trebuie să ofere o anduranță, practic, nelimitată.
F-RAM (memoria feroelectrică cu acces aleatoriu) are o durată de viață mai mare decât memoria EEPROM și – spre deosebire de aceasta – stochează datele imediat (vezi tabelul). Este eficientă din punct de vedere energetic și nu necesită o baterie suplimentară care să dispună de suficientă energie pentru stocarea în SRAM.
În plus, nu este necesar un controler de memorie, ceea ce economisește atât spațiu, cât și bani. Numărul redus de componente sporește, de asemenea, fiabilitatea. Un alt avantaj este reprezentat de varietatea mare de produse existente pe piață, asigurând disponibilitatea unei soluții F-RAM ideale pentru fiecare aplicație.
Tendințe în materie de achiziție de date
Tendințele care modelează achiziția de date în aplicații corespondente pot fi observate în prezent în industrie, precum și în piețele medicală și auto.
Tendință în sectorul industrial: Proiectanții de aplicații industriale trebuie să analizeze dacă achiziția de date ar trebui să aibă loc la nivel central în microcontrolerul principal sau separat, la fiecare motor. În prezent, aplicațiile de achiziție de date necesită până la 1 MB de memorie la motor. La controlere, pe de altă parte, este nevoie de până la 16 MB.
F-RAM se dovedește a fi mult mai avantajoasă decât memoria EEPROM în orice domeniu. (© Rutronik)
Pentru aplicațiile de mare viteză, cum ar fi controlere de roboți cu șase axe, cea mai recentă generație de NVM de la Infineon, F-RAM Excelon, oferă o densitate mare de memorie și QSPI (quad SPI) pentru un debit rapid de date. Pentru aplicațiile cu cerințe mai mici, de exemplu o aplicație pentru controlul mișcării cu trei controlere pentru motor, din această serie sunt disponibile și modele cu densitate mai mică, cu o interfață periferică serială (SPI).
Tendință în sectorul auto: Sistemele auto necesită o înregistrare continuă a datelor și trebuie să achiziționeze imediat datele senzorilor în cazul în care se întrerupe alimentarea cu energie electrică. În mediile de operare dificile, cu cerințe extinse privind numărul de cicluri de citire/scriere și păstrarea datelor, este necesară o performanță cât mai stabilă cu putință, care să susțină, de asemenea, interfețe eficiente cu un număr redus de pini și viteză ridicată. F-RAM-urile din seria Excelon Auto au fost proiectate special pentru un astfel de scop: acestea achiziționează datele imediat, fără timp de reținere și fără a fi nevoie de componente suplimentare. Ele suportă o interfață QSPI cu o frecvență de până la 108 MHz și sunt certificate AEC-Q100-1, -2 și -3. Componentele pentru stocare îndeplinesc astfel criteriile de siguranță funcțională și de securitate. Cu 100 de trilioane de cicluri de scriere, un Excelon Auto poate scrie date timp de 20 de ani.
Tendință în sectorul medical: Creșterea conectivității și Internetul lucrurilor, cu dispozitive purtabile și sisteme de monitorizare a pacienților la distanță, permit o îngrijire care trece treptat de la spital la domiciliu. Elementele motrice ale acestei evoluții sunt îmbătrânirea rapidă a populației și creșterea costurilor asistenței medicale, în special în țările industrializate.
Având o durată de viață aproape nelimitată, o achiziție de date fiabilă și fără întârzieri și un debit mare de date, memoriile Excelon F-RAM de la Infineon sunt ideale pentru achiziția de date în ADAS, roboți industriali și dispozitive medicale. (© Infineon)
Dispozitivele medicale mobile pentru acasă, cum ar fi pompele de perfuzie sau stimulatoarele cardiace, permit terapiile la distanță. Totuși, acest lucru necesită o achiziție de date în timp real semnificativ mai extinsă și mai fiabilă pentru a asigura o funcționare eficientă și sigură, inclusiv în cazul unei eventuale pene de curent. În acest sens, consumul redus de energie joacă un rol esențial pentru a maximiza durata de viață a bateriei dispozitivelor.
Datorită funcțiilor de scriere fără întârziere, a duratei de viață, practic, nelimitate și a modurilor de putere ultra-redusă, dispozitivele Excelon F-RAM îndeplinesc toate cerințele. Echipate în cea mai recentă capsulă GQFN, acestea oferă, de asemenea, un factor de formă mic – un avantaj în special pentru dispozitivele purtabile. În plus, celulele F-RAM de la Infineon sunt suficient de robuste pentru a rezista la intensitatea câmpului magnetic și la radiații. Astfel, ele reduc riscurile din partea sistemelor externe și previn intervențiile ulterioare pentru înlocuirea componentelor de stocare.
Rezumat
Exemplele arată că cererea de memorii F-RAM fiabile, rapide, cu consum redus de putere și de înaltă performanță a crescut semnificativ într-o gamă largă de aplicații care se bazează pe date provenite de la mai mulți senzori. Acest lucru este valabil mai ales în domeniile de importanță majoră, în care pierderea datelor poate compromite semnificativ mecanismele de siguranță și securitate.
În plus, achiziția de date joacă un rolul cheie de promotor al noilor capabilități AI și ML, cum ar fi întreținerea predictivă. Ea asigură datele care ajută la promovarea inovației în aceste aplicații.
Durata lor de viață, practic, nelimitată, combinată cu achiziția instantanee și fiabilă a datelor și cu un debit mare de date, determină alegerea memoriilor F-RAM de la Infineon ca primă opțiune pentru achiziția de date de înaltă performanță în ADAS, roboți industriali și dispozitive medicale. Datorită densităților lor variate, F-RAM-urile îndeplinesc cerințele diferitelor aplicații. Acest lucru oferă, de asemenea, dezvoltatorilor flexibilitatea necesară pentru a satisface exigențele, încă în fază de dezvoltare, ale tehnologiilor edge de ultimă generație.
Autori:
Chen Wang, Corporate Product Manager Digital, Rutronik
Zarepour Mahrokh, Senior Manager Regional Marketing, Infineon
Gabriel Philipp, Director Business Management Distribution EMEA, Infineon
Rutronik | https://www.rutronik.com
