一種新型非易失性存儲器的原理及應用

縱觀目前低容量并行接口的非易失存儲器市場，EEPROM、FRAM、SRAM+BAKBAT方式等占據了市場主流，其中EEPROM的供應廠家很多，其中以ATMEL，ST等廠家占主導地位，FRAM只有美國RAMTRON公司一技獨秀，而采用SRAM+BAKBAT方式的廠家，目前DALLAS占據了大部分市場空間，國內也有幾家公司提供類似產品，其中比較知名的如HK等。以上幾種產品性能方面各有優缺，其中EEPROM的市場應用范圍最為廣泛，其缺點也是路人皆知，寫入速度慢，至少 10ms的寫等待時間，而且寫操作次數有限制;FRAM鐵電存儲器的優點在于其操作速度很快，能夠達到標準SRAM的速度，而且寫操作次數特別高，最低能夠實現100億次的寫操作，但其讀寫時序與標準SRAM有差別，目前還沒有做到完全兼容;采用SRAM+后備電池是一種傳統而古老的非易失存儲方式，這種方式由于DALLSA的大力推廣又獲得了新生，此方式的優點在于芯片能夠與標準的SRAM完全兼容，而且操作速度非常快，但是缺點也是非常明顯的，芯片體積很大，占據太多的電路板空間，而且芯片內部的電池存在使用環境的限制，并且如果電池電量耗盡，那么所有的數據都將丟失。

德國ZMD公司研發了采用另外一種方式的非易失性存儲器nvSRAM，它采用了全新的SRAM+EEPROM方式，實現無須后備電池的非易失性存儲，芯片接口、時序等與標準SRAM完全兼容。這樣就方便用戶直接替換DALLAS、HK等公司的同類產品，或者可以方便地將原來電路中的SRAM換成ZMD公司的nvSRAM，而無須更改電路。

ZMD公司的nvSRAM有兩種操作模式，SRAM模式與非易失性模式。

在SRAM模式中，存儲器可以像普通的靜態RAM一樣操作，SRAM可以讀寫無限次，且讀寫訪問時間小于25ns，所有的nvSRAM都是以字節方式組織的。

在非易失性模式中，數據從SRAM中保存進EEPROM中(STORE操作)，或者從EEPROM回讀至SRAM中(RECALL操作)。STORE和RECALL可能會按下面的方式開始：

1、在系統上電或者下電時，自動開始STORE或者RECALL操作。

2、通過軟件序列或者硬件信號，由用戶控制開始STORE或者RECALL操作。

一旦STORE和RECALL周期開始后，SRAM的進一步輸入輸出便被禁止，直至周期結束，片上的STORE和RECALL控制單元控制數據在SRAM與EEPROM之間轉移

在任何時間，幾毫秒之內SRAM中的數據就可以被存儲于EEPROM中，數據可以寫進EEPROM中至少10萬次，從EEPROM中讀出數據至SRAM中的次數是沒有限制的，nvSRAM保證數據從上一次保存周期結束后可以至少保存45年以上，它保證在芯片調換時或者未來電壓突然中斷時，數據不會丟失。

目前ZMD公司的nvSRAM根據數據保存方式不同有四種類型，分別是HardStore，SoftStore，PowerStore，CapStore，每種不同的存儲方式對應著不同的產品型號，以下對這幾種方式做一個詳細的說明與解釋。

HardStore nvSRAM

控制管腳上的信號控制nvSRAM中的數據從SRAM保存進EEPROM上(STORE)，或者從EEPROM回讀至SRAM中(RECALL)。

SoftStore nvSRAM

一個預定義的六個連續的SRAM讀操作控制nvSRAM中的數據從SRAM保存至EEPROM中(STORE)，或者從EEPROM回讀至SRAM中(RECALL)。

PowerStore nvSRAM

數據從SRAM保存至EEPROM中，是在內部的電壓傳感器控制下自動執行的，當傳感器檢測到操作電壓跌落低于一個最小值的時候，會自動啟動保存操作，保存數據的能量是由外部的一個聯接至電容能量管腳的電容提供，或者由系統固有容性提供能量。

CapStore nvSRAM

數據從SRAM轉移至EEPROM中是在電壓檢測器的控制下自動執行的，當電壓檢測器檢測到操作電壓跌落低于一個最小值時，自動啟動保存操作，保存數據的能量由一個內部的電容提供。

所有類型的nvSRAM在系統上電時自動執行回讀操作(RECALL)。PowerStore和CapStore可以提供硬件或者軟件的保存(STORE)或者回讀(RECALL)操作，除了在系統下電或者掉電時轉移數據是自動執行的。

nvSRAM的典型應用包括工業控制和汽車電子，同時也包括醫療及測量系統。在極端環境下，如果數據的可靠性存儲需要得到保證，那么nvSRAM將是一種完美的解決方案。

在各種數字設備中，nvSRAM可以用于保存各種緊急數據。在小型化的應用中，可以將數據存儲器與程序存儲器集中在一片nvSRAM中，以此來減少電路板上IC的數目，提高了系統的靈活性及性能。具有快速訪問特性的nvSRAM是測量及醫療應用中的理想的數據存儲方案，測量的數據可以保存在SRAM中，然后在系統正常下電或者系統突然掉電時，將數據轉移進 EEPROM中。