La memoria RAM ferroeléctrica (F-RAM) se utiliza en una variedad de aplicaciones que incluyen sistemas de control industrial, automatización industrial, aplicaciones espaciales de misión crítica y sistemas automotrices.
Harsha Venkatesh
Semiconductor de ciprés
La memoria RAM ferroeléctrica (F-RAM) se utiliza en una variedad de aplicaciones que incluyen sistemas de control industrial, automatización industrial, aplicaciones espaciales de misión crítica y sistemas automotrices. Se espera que los sistemas de seguridad automotriz se vuelvan aún más sofisticados en los próximos años. Un factor importante de esta tendencia es la regulación, que se espera que afecte tanto la tasa de instalación como la sofisticación de los sistemas de control de estabilidad y bolsas de aire. Este artículo describe los beneficios técnicos clave del uso de la tecnología de memoria no volátil F-RAM en estos sistemas.
Se están produciendo dos cambios importantes en el sistema de “bolsas de aire”. En primer lugar, todos los airbags nuevos están equipados con sensores inteligentes que detectan la presencia o ausencia de ocupantes en el vehículo. Cada bolsa de aire que se expulsa accidentalmente se convierte en un reemplazo costoso con mantenimiento asociado, costos de mano de obra y costos de piezas asociados. Los sensores inteligentes que realizan un seguimiento del peso y la presencia de los ocupantes pueden agregar una medida de “variabilidad” a la fuerza con la que se despliegan las bolsas de aire. Esto no solo previene lesiones relacionadas con las bolsas de aire, sino que también protege a los ocupantes en choques severos.
El segundo gran avance en el mercado es la necesidad de registradores de datos de eventos (EDR) para recopilar “información o datos reales” justo antes de un accidente. Esto es muy útil para futuros incidentes relacionados con litigios/reclamaciones. La función EDR generalmente está integrada en la unidad de control electrónico (ECU) de la bolsa de aire. Esta es una agrupación natural ya que EDR no tiene requisitos de supervivencia como una “caja negra” de avión y los controladores de bolsas de aire son los principales destinatarios de varias entradas de sensores importantes. Y los fabricantes de automóviles se apresuran a señalar que no hay lugar para EDR independiente.
Estos dos requisitos impulsan la necesidad de una memoria sólida no volátil con alta resistencia y acceso rápido. Para las bolsas de aire “inteligentes”, los diseñadores quieren desplegar la bolsa de aire con una fuerza variable durante el impacto. El requisito de la memoria es registrar con frecuencia la posición real del asiento y el peso del ocupante y la presencia/posición real. Si desea mantener el historial previo a la colisión, su memoria debe ser lo suficientemente grande como para almacenar los últimos 15 a 20 segundos de información en un búfer móvil. Un automóvil típico está diseñado para funcionar durante 30 años o más, por lo que esta memoria debe tener tiempos de escritura rápidos, no volatilidad instantánea y una resistencia muy alta.
F-RAM es una tecnología de memoria adecuada para cumplir con estos requisitos. Al igual que otras alternativas, ofrece un almacenamiento no volátil confiable. Las principales ventajas de F-RAM son una resistencia de escritura y una velocidad de escritura muy altas. Con F-RAM, los sistemas pueden almacenar datos continuamente a la máxima velocidad del bus sin la sobrecarga de agregar memoria o administrar la durabilidad de la memoria con técnicas como la nivelación de desgaste. Esto se debe a que la F-RAM es instantáneamente no volátil y no requiere tiempo adicional para almacenar información. Su resistencia de escritura también es de alrededor de 1014. Compare esto con la mayoría de EEPROM y FLASH con una resistencia de menos de 106.
diseño de bolsas de aire
Debido a la demanda de seguridad y el alto costo de reemplazo, los fabricantes han agregado varios sensores para monitorear y registrar quién está sentado en el asiento. Estos incluyen sensores de presión de ocupación de pasajeros utilizados para activar el subsistema de bolsas de aire y varios sensores de posición que aumentan la efectividad del sistema de bolsas de aire. Los datos de ubicación se actualizan constantemente y deben guardarse hasta y después de la implementación del sistema. La F-RAM de alto rendimiento, baja potencia y alta resistencia es una solución ideal, ya que los datos de posición deben registrarse y almacenarse constantemente en una memoria no volátil.
Ventajas sobre la tecnología de puertas flotantes
A medida que los requisitos de diseño automotriz se vuelven más complejos, las limitaciones de la tecnología de memoria de puerta flotante se vuelven más evidentes. Por ejemplo, el proceso de programación para memorias basadas en puertas flotantes toma milisegundos. Este es un tiempo muy largo para aplicaciones críticas para la seguridad. Cosas como el corte de energía repentino que ocurre durante una colisión han impedido que la mayoría de la información se almacene con éxito en dispositivos de puerta flotante.
El proceso de programación también es destructivo para la capa aislante y, como resultado, la resistencia de escritura de dichos dispositivos se limita normalmente a 100.000 a 1.000.000. Los sensores de ocupación, por ejemplo, actualizan con frecuencia sus datos contra este límite superior. Dado el requisito típico de escribir datos una vez por segundo, los dispositivos de puerta flotante se desgastan en menos de 12 días de funcionamiento. El almacenamiento en búfer de los datos en la RAM y la escritura en la memoria no volátil de la puerta flotante cuando la energía está apagada no es una solución viable debido a los problemas de velocidad que se encuentran con EDR.
Un sistema de bolsa de aire inteligente no solo necesita almacenar datos durante un choque, sino que también necesita almacenar datos previos al choque antes del evento. Sería ideal usar un registro rodante para almacenar datos previos a la colisión, pero este enfoque es problemático debido a la resistencia limitada de los dispositivos de memoria de puerta flotante. El módulo de la bolsa de aire tiene un capacitor grande que almacena suficiente energía para activar la bolsa de aire, por lo que puede quedar suficiente energía para escribir datos del búfer después de que el detonador se vuelva rojo. La cantidad de datos que se pueden escribir está limitada por la energía disponible, la energía residual en el condensador y la velocidad de escritura en la memoria. Un dispositivo típico de memoria de puerta flotante de 2 Kbytes puede escribir alrededor de 4 bytes o 5 milisegundos. Por lo tanto, escribir en todo el dispositivo de memoria de puerta flotante puede llevar más de un segundo.
Búfer de datos no volátil
Debido a su alta resistencia a la escritura, la F-RAM se puede utilizar como búfer de datos. La MCU puede registrar continuamente eventos directamente en F-RAM durante el tiempo de ejecución. F-RAM es una memoria intrínsecamente no volátil, por lo que retiene los datos incluso después de una pérdida de energía. Por lo tanto, incluso en el caso de una falla catastrófica de la fuente de alimentación principal, los datos de última hora no se verán comprometidos. Los datos se escriben directamente en F-RAM, por lo que no se requiere transferencia de datos de última hora desde SRAM a espacios no volátiles como EEPROM o flash. El uso de F-RAM requiere una copia de seguridad de energía del sistema “cero” para preservar los datos de fallas de último minuto.
sin demora de escritura
Algunos eventos deben registrarse entre 100 y 1000 veces por segundo para capturar todos los detalles. Sin embargo, este es un desafío significativo para las grabadoras existentes basadas en EEPROM y Flash. Las EEPROM almacenan datos página por página y requieren unos pocos milisegundos de retraso de tiempo de almacenamiento entre la escritura de dos páginas en la EEPROM. Esto limita las capacidades de registro de datos. Las escrituras “sin demora” en F-RAM permiten a los diseñadores de sistemas capturar y escribir datos en tiempo real a velocidades de bus del sistema.
Escrituras rápidas y bajo consumo de energía
Con las interfaces I2C y SPI en serie rápidas de F-RAM y/o el acceso síncrono paralelo rápido, las mejores especificaciones de velocidad de su clase para escrituras no volátiles permiten a los controladores escribir datos en F-RAM en menos tiempo. La F-RAM de baja potencia también requiere solo una fracción de la potencia total requerida por otras tecnologías de memoria no volátil.
Alta fiabilidad
La confiabilidad de los datos de EDR es fundamental para lograr los objetivos de precisión, capacidad de supervivencia, recuperación de datos y, lo que es más importante, durabilidad. Este espacio de memoria se utiliza para registrar datos de sensores críticos, por lo que la alta confiabilidad y la integridad de los datos son esenciales para las aplicaciones automotrices.
maduro
La madurez de la tecnología es una preocupación mayor para el mercado automotriz que para otros tipos de aplicaciones. La tecnología EEPROM y flash es bien conocida y los principales proveedores han establecido infraestructuras de control de calidad. La comunidad técnica debe estar satisfecha con su confiabilidad y disponibilidad, por lo que, naturalmente, dudan en adoptar nuevas tecnologías. Con más de 500 millones de unidades enviadas en entornos automotrices (incluidas aplicaciones debajo del capó en grados de temperatura extrema de 125 °C), F-RAM ha madurado hasta un punto en el que los clientes automotrices pueden sentirse cómodos y seguros al hacerlo.
F-RAM reduce el costo del sistema, aumenta la eficiencia del sistema, reduce la complejidad y consume mucha menos energía que flash, EEPROM, SRAM respaldada por batería y otras tecnologías comparables.