新一代NV SRAM技術

新一代NV SRAM技術

第一代NV SRAM模塊問世近20年來，NV SRAM技術不斷更新，以保持與各種應用同步發展，同時滿足新的封裝技術不斷增長的需求。

發展與現狀

第一代NV SRAM模塊采用大尺寸DIP封裝，如圖1所示。該封裝具有一定的高度，因為電池和RAM芯片疊放于DIP封裝之中。DIP封裝的優點在于器件可以插入DIP插座，方便替換和存儲，或從一個印制板轉移到另一個。雖然這些優點至今仍非常有用，但相比之下，更有必要發展表面貼裝技術，以及將工作電壓由5V變為3.3V。

圖1 采用DIP封裝的第一代NV SRAM模塊

第二代NV SRAM模塊采用兩片式方案——PowerCap模塊(PCM)，即由直接焊接到印刷板的基座(包含SRAM)以及PowerCap (也就是鋰電池，通過圖2所示的卡扣固定在基座上)兩部分組成。與DIP模塊相比，這類器件具有兩個主要優點：它們采用表面貼裝，并且具有標準引腳配置。換句話說，無論多大容量的NV SRAM，其封裝和引腳數是相同的。因此，設計人員可以加大系統存儲容量，而無須擔心需要改變PCB布局。電池更換起來也很容易。

圖2 采用PowerCap模塊封裝的第二代NV SRAM

第三代也就是最新的NV SRAM模塊，它不但解決了先前產品所存在的問題，同時增加了更多功能。這類新型NV SRAM是單片BGA模塊，內置可充電鋰電池，如圖3所示。和PCM一樣，采用這種封裝形式的所有SRAM無論其容量大小，封裝尺寸和引腳配置都是相同的。此類模塊采用表面貼裝，并且是單片器件。因此設計更加堅固可靠，較上一代器件可承受更強的機械震動。由于電池是可充電的，因此數據保存時間的概念有了另外一層含義。用等效使用壽命一詞來描述更為恰當，這類器件等效使用壽命可高達200年! 這種模塊能承受+230℃的回流焊溫度，而提供的無鉛封裝器件可承受+260℃的溫度。

幾種非易失性存儲器的比較

SRAM為數據訪問和存儲提供了一個快速且可靠的手段。由系統電源或其他備用電源（如電池）供電時，他們就具有非易失性。表1給出了幾種給定的非易失性存儲器存儲技術的優缺點。

NV SRAM中的電池對于數據保存來說至關重要。電池的不良接觸會極大地影響電池壽命。其他因素，如震動、濕度以及內置的電池切換電路都會縮短電池的使用壽命，同時也會影響系統的整體可靠性。這些問題帶來的最直接的后果是：終端客戶更換電池的時間間隔更短了，例如，每年就需要更換一次，而不是5～10年一次。

圖3 采用單片式模塊封裝的第三代NV SRAM

應用

NV SRAM通常用于要求維護次數盡可能少，頻繁進行讀/寫操作，并且數據保存速度是至關重要的系統中。數控銑床就是一個例子。假設機器正在進行銑操作的時候突然斷電。出于安全考慮，需要撤出鉆頭并將其停放在一個安全位置。一旦上電，機器必須記住停止工作的點。有了NV SRAM模塊，這一任務是很容易實現的。選擇的保持時間應等于或大于向EEPROM中存儲程序信息所需的時間。在數據寫入EEPROM之前，仍然需要SRAM充當數據緩存。采用這一方案，附加元件的費用通常要超出NV SRAM模塊的成本，并且可靠性較低。

在防篡改應用，特別是在PoS終端中，數據記錄非常重要。如今的智能終端無須經過耗時的遠程服務器的驗證就能確認付款交易。由于安全數據存儲于終端內部，因此這里完全依靠單片BGA模塊。安全微控制器可以將密鑰存放在IC內部的“安全區”內。然而，仍然需要采取一些額外措施，以防止存放在微控制器之外SRAM中的加密數據被讀取和解碼。目前所能提供的保護措施尚不足以對付那些狡猾的黑客。針對這一問題，也有一些解決方案，例如，Maxim/Dallas Semiconductor推出了定制的BGA模塊，包含安全微控制器、SRAM、篡改檢測電路，以及定時和控制功能。

其他需記錄數據的應用還有機動車黑匣子，需要在發生碰撞時應將數據迅速且可靠地存放在存儲器中。此時單片BGA以其可靠性再次成為理想之選。數據篡改同樣是個問題，但實際操作中要解決這一問題，可以將加密數據存放到NV SRAM。破解加密數據幾乎相當于去攻擊付款交易終端，因此對于黑客來說是不值得的。

博彩機要求可靠地記錄數據，以保障客戶權利。此類應用中，博彩機經營者可以打開機器、取出電池，進而謊稱數據意外丟失了，因此兩片式PCM方案并非理想的選擇。也可以在每次打開機器的時候將記錄寫入EEPROM之中，然而這樣會增加額外成本及復雜度。BGA模塊上的電池是不能被取出的，因此輕易地解決了這一問題。

高壓故障保護設備需要連續監控電網狀況，隨時準備保存故障發生時的大量的數據。設備必須保證在無現場維修技術人員維護的情況下使用至少10年。由于故障保護裝置通常由電網供電，并且BGA模塊中的電池不會耗盡，因此BGA模塊非常適用于這種場合。這樣就可以實現更長的工作時間。新一代故障保護裝置的軟件設計人員只需選用高密度NV SRAM模塊就能增加SRAM存儲容量，無須更改已有的印制板布局。由于所有NV SRAM模塊的引腳配置都是預先設定好的，因此SRAM密度增加時，只需將更多“無連接” (NC)引腳變為所需的地址線即可。

結論

NV SRAM模塊不僅可以快速且可靠的存儲數據，而且在封裝技術方面也很有競爭力。這些器件適用于需要安全數據存儲以及幾乎不需要現場維護的場合。