Дипломная работа: Разработка компонентов инфраструктуры сервисного обслуживания встроенной памяти гибкой автоматизированной системы на кристалле

При включении питания монитор напряжения также выдает сигнал RESET до тех пор, пока напряжение питания не стабилизировалось. Эта опция называется Power – on Reset (POR) – "Сброс при включении питания".

Встроенная схема переключения аварийной батареи контролирует напряжение внешнего источника питания. Когда оно падает ниже определенного порога переключения, происходит переключение на батарейное питание, что обеспечивает непрерывную подачу напряжения к маломощному статическому ОЗУ (LPSRAM) для сохранения в нем данных.

Интегрированная схема защиты записи контролирует напряжение внешнего источника питания и, когда оно падает ниже некоторого порогового уровня, закрывает доступ к LPSRAM .

Иногда для получения энергонезависимого ОЗУ разработчики решают задачу их создания вместо использования имеющихся в наличии модулей. Стандартное маломощное ОЗУ (SRAM) может быть преобразовано в NVRAM путем прибавления батареи питания, схемы защиты записи и схемы переключения батарейного питания. Компания ST имеет несколько устройств, которые интегрируют все эти функции. Кроме того, батарея и кварц интегрированы в корпусе типа SNAPHAT ® , что упрощает задачу разработки NVRAM решения.

Так как для бесперебойного питания часов реального времени требуется переключатель батареи и цепь защиты записи, то это естественно вызывает желание иметь часы реального времени в супервизоре NVRAM. Существуют три микросхемы, которые имеют такую комбинацию – это микросхемы M41ST85, M48T201 и M48T212. Все эти три устройства включают также функции супервизора микропроцессора: POR, LVD и сторожевого таймера. Супервизоры NVRAM с часами реального времени имеют название TIMEKEEPER.

Корпус микросхем M41ST87 с встроенным кварцем способствует обеспечению безопасности сервисного обслуживания. Помимо экономии пространства и стоимости, связанной с системотехническими работами, кварц закрыт от доступа извне. Кроме того, он лучше огражден от воздействий природной среды. С учетом всех факторов можно утверждать, что такое решение позволяет уменьшить стоимость системы в целом.

Супервизор NVRAM микросхем M41ST87 может использоваться для управления маломощным ОЗУ. Здесь задействуются следующие встроенные схемы: схема автоматического переключения батареи, схема разрешения доступа (Chip - Enable Gate) для защиты ОЗУ от записи и монитор батареи. Это дает возможность пользователю создать NVRAM, используя резервную батарею M41ST87 для дублирования питания LPSRAM.

В основе микросхемы M41ST87 лежат программируемые (с батарейным питанием) часы реального времени с реГАСтрами счетчиков, которые прослеживают время и дату с разрешающей способностью в пределах: от сотых долей секунд до сотен лет. Обращение к ним осуществляется по интерфейсу I2C с частотой 400 кГц. Сформированные с использованием маломощной КМОП технологии, ОЗУ схемы часов реального времени M41ST87 организовано как 256x8 бит, с реГАСтрами по 21 байт и имеет 128 байт собственной NVRAM плюс 8 байт отведенной на уникальный порядковый номер.

Микропроцессорный супервизор микросхем M41ST87 включает две независимые схемы предварительного предупреждения о сбое питания (PFI / PFO) с опорным напряжением компараторов 1,25 В, схему сброса, которая может запускаться от нескольких источников по двум входам, и схему обнаружения падения стабилизированного напряжения питания с выдачей сигнала сброса. В качестве источника сброса может использоваться также и сторожевой таймер с программируемым временем ожидания от 62,5 мсек до 128 сек. Кроме того, в качестве источников сброса могут быть сконфигурированы и цепи обнаружения несанкционированного доступа. Одну или обе цепи PFI / PFO можно использовать не только для предварительного предупреждения о сбое питания, но и для управления цепями повторного включения.

Таким образом, при использовании M41ST87 можно контролировать до трех различных напряжений питания (включая Vcc).

2.7 Архитектура SoC-памяти

Низкопрофильный корпус SOX28 занимает мало пространства на плате (2,4 х 10,42 мм, включая выводы). Микросхемы M41ST87 работают в индустриальном диапазоне температур от –40ºС до +85ºC.

Для решений с поверхностным монтажом и высокой плотности ОЗУ предлагается использовать отдельно супервизор и несколько LPSRAM. Такое многокристальное решение часто требует меньшее количество места на плате, чем другие решения, и намного ниже по стоимости, чем гибридные DIP .

Пользователи могут подключать к соответствующему супервизору NVRAM различное количество LPSRAM, что позволяет конфигурировать широкое разнообразие плотностей и возможностей. Типовые комбинации включают:

– 16 Мбит, 3 В или 5 В SMT решение, использующее M40Z300 супервизор без верхней батареи с четырьмя маломощными ОЗУ типа M68Z512;

– 1 Мбит или 4 Мбит, 3 В SMT решение, использующее M40SZ100W SNAPHAT супервизор и маломощные SRAM типа M68Z128W или M68Z512W.

Микросхемы серии ZEROPOWER получили свое название за способность сохранять данные при отсутствии внешнего сетевого питания. Они состоят из двух основных компонентов: маломощного ОЗУ (LPSRAM) и супервизора NVRAM (рис. 2.3). Типовое ОЗУ типа LPSRAM потребляет обычно менее одного мкА при работе только с батареей и может сохранять данные в течение нескольких лет при использовании для питания миниатюрной литиевой батарейки.

Супервизор NVRAM состоит из двух основных схем: схемы переключения батареи и схемы защиты записи. Схема переключения батареи переключает питание LPSRAM от системного стабилизированного источника питания (Vcc) на батарейное питание (Vbat). Эта схема осуществляет контроль за Vcc и когда оно начинает падать, питание LPSRAM переключается на резервную батарею.

Рисунок 2.3 – Схема переключения сетевого питания при сервисном обслуживании SoC-памяти NVRAM

При снижении Vcc менее некоторого порогового значения микропроцессор может вести себя неустойчиво, и это может привести к ошибочным записям и даже к очистке содержимого ОЗУ. Схема защиты записи закрывает микропроцессору доступ к LPSRAM для предотвращения такой ситуации.

Все микросхемы ZEROPOWER NVRAM обладают такими же возможностями и никаких других внешних схем при этом не требуется. В настоящее время, выпускаются микросхемы с интегрированными на одном кристалле супервизором NVRAM и LPSRAM с плотностью до 256 кбит и ниже. Для более высоких плотностей пока используются две отдельные микросхемы.

2.8 Корпус SoC-памяти

Микросхемы NVRAM доступны в различных корпусах. Основным корпусом для поверхностного монтажа (SMT) является корпус SNAPHAT (рис. 2.4 а). Микросхема в корпусе SOH 28 имеет стандартное расположение выводов SRAM, а батарея крепится сверху на застежках, что обеспечивает ее легкую замену. Корпус типа CAPHAT (рис. 2.4 б) имеет неотсоединяемую батарею. Он рекомендуется для приложений, использующих монтаж "через отверстие ".

Рисунок 2.4 – Типы корпусов SoC-памяти

Для решений с монтажом "через отверстие" и высокой плотности ОЗУ предлагается гибридный корпус DIP, в котором LPSRAM и супервизор – отдельные микросхемы, установленные на общей печатной плате вместе с батареей (рис. 2.4 с). В настоящее время доступны плотности ОЗУ до 16 Mбит.

С учетом потребностей разработчиков, одним из последних ZEROPOWER NVRAM является микросхема M48Z32V в низкопрофильном корпусе. Микросхема M48Z32V имеет LPSRAM c плотностью памяти 32 Kx8 при питании 3,3 В. Низкопрофильный корпус SOIC с 44 штырьками, возвышается над монтажной платой всего на 0.12" (3,05 мм), что предоставляет пользователям большую гибкость при компоновке платы и снимает для проектировщиков проблемы габарита по высоте.

Микросхема M48Z32V имеет встроенный коммутатор аварийного батарейного питания и цепи защиты от записи при сбоях питания совмещенные с 256 кбит маломощной SRAM. Время доступа для этих микросхем составляет 35 нс для M48Z32V-35MT1 и 70 нс для M48Z32V-70MT1.

Потребляя только 200 нА (при 40° C), M48Z32V может сохранять данные в течение десятилетнего срока службы батареи с емкостью 18 мА/ч. Эта микросхема совместима с системами, уже содержащими литиевые батареи на плате. Сочетание низкопрофильного корпуса со стоимостью M48Z32V позволяет использовать ее как удачное решение NVRAM во многих приложениях.

При использовании своих контактов для подключения к любому батарейному питанию, микросхема M48Z32V может использоваться как обыкновенное асинхронное статическое ОЗУ для любого микропроцессора или микроконтроллера.

Микросхема M48Z32V производится в корпусе SO44, который аналогичен корпусу ST типа SOH44 SNAPHAT, но без верхней батареи. Она питается от источника 3,3 В (±10%) и работает в коммерческом диапазоне температур (от 0 до 70°C).

2.9 Система реального времени в SoC-памяти

Микросхемы TIMEKEEPER NVRAM основаны на использовании базовой технологии NVRAM. Так как в микросхемах ZEROPOWER NVRAM применяется батарейное питание, то добавление часов реального времени существенно расширяет возможности микросхем NVRAM и области их применения. Свое название TIMEKEEPER такие микросхемы получили именно из-за наличия часов реального времени с календарем, которые выдают в систему точное время, день и дату даже при отсутствии внешнего системного питания (рис. 2.5).

Рисунок 2.5 – Схема системы реального времени SoC-памяти TIMEKEEPER

Микросхемы TIMEKEEPER NVRAM изготавливаются на базе ZEROPOWER NVRAM, к которым добавляется схема часов / календаря реального времени, включая кварцевый генератор на 32 кГц. Схема переключения аварийного питания, используемая для сохранения данных в LPSRAM, используется также и для RTC. Аналогично, в интересах защиты записи RTC, применяется и схема защиты записи NVRAM. Генератор RTC оптимизирован по питанию и его потребление не превышает 40 nA.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7