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一粒金砂(中级)

Everspin MRAM优化系统能耗

 

与EEPROM或闪存相比,诸如MRAM之类的技术可以显着降低系统总能耗。对于许多无线和便携式应用程序,尤其是在不断增长的物联网中,能源预算(一段时间内消耗的总功率)是至关重要的组成部分。在计算设计的功耗预算时,工程师通常会查看设备的额定功耗。但是,其他因素也可能起作用。例如,对于非易失性存储器,写电流远高于读或待机电流。因此,在对功耗敏感的应用中,尤其是在需要频繁进行内存写入的系统中,需要考虑写入时间。与EEPROM或闪存相比,MRAM之类的技术具有快速写入和上电写入时间,可以显着降低系统总能耗。在本文中,我们比较了使用闪存的典型数据采集系统的系统能耗,EEPROM或MRAM。
 
总体而言,比较表明:
•非易失性存储器的写入时间是导致整个系统能耗的主要因素。因此MRAM的较短写入时间实际上可以减少总能耗。
 
•使用具有MRAM的电源门控架构,可以进一步降低系统能耗,因为其更快的上电写入时间可使MRAM待机功耗降低到零。
 
典型系统
图1中的示意图代表低压差稳压器(LDO),微控制器(MCU),非易失性存储器和去耦电容器,通常用于数据采集应用,例如医疗监视器,数据记录器等。其他系统组件,例如因为没有考虑传感器及其功耗。
 

 
假定该MCU处于低功耗睡眠状态,并且具有定期唤醒以进行数据采集。所获取的数据存储在非易失性存储器中,然后系统返回到睡眠状态。
 
我们将非易失性存储器与SPI接口进行比较,仅查看写操作,这些操作通常比读操作消耗更多的功率。由于写命令,WREN位和两个地址字节的开销,可写的数据字节数比SPI总线上的字节数少四倍。写入非易失性存储器的字节数被选择为4和46。可能最有可能是四个,代表一个数据采集样本的存储。同时,使用1.0uF去耦电容器供电时,可写入MRAM的最佳数据量为46。
 
电源门控注意事项
 
快速计算表明,电源门控时,去耦电容非常重要。从零开始对电容器充电的能量非常重要。 EEPROM可以直接通过标准微控制器的I / O(通常为4 mA)供电。结果,使用了一个0.1μF的小电容去耦.MRAM和闪存需要的电流比标准MCU I / O所能提供的电流更多。因此,需要更大的去耦电容,以便闪存或MRAM可以利用存储在设备中的能量运行。
 
写操作的阶段
非易失性存储器的能耗是在写操作的各个阶段计算得出的(图2):
 

 
上升时间:在此阶段,我们假设所有能量都进入去耦电容器,并且非易失性存储器消耗的能量可以忽略不计。
 
上电时间:一旦VDD上的电压超过阈值,就需要一个小的延迟(tPU)来使MRAM准备就绪,而对于EEPROM或闪存则不需要。在此阶段,我们假设MRAM消耗数据手册备用规格中所示的电流。
 
写入时间:在此阶段,非易失性存储器消耗数据手册有效规格中所示的电流。假设3.3V系统的容差为±10%,则I / O上的最低电压可能为3.3V – 10%= 2.97V。此电压2.97 V用于计算。

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静态随机存储器SRAM,非易发性


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非易失性存储器的写入时间是导致整个系统能耗的主要因素。因此MRAM的较短写入时间实际上可以减少总能耗

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