使用高速SRAM設(shè)計電池支持型存儲器

　　對速度的需求

　　你開車時車速越快，油耗就越高。這個簡單的原則同樣適用于嵌入式系統(tǒng)，此時SRAM是車，電池續(xù)航時間則是里程數(shù)。在上述場景中，系統(tǒng)設(shè)計人員既可以選擇一個高速SRAM(存取時間為10ns)來提升系統(tǒng)性能，但犧牲電池續(xù)航時間，也可以選擇一個低功耗SRAM，但犧牲系統(tǒng)性能。

　　存儲器廠商發(fā)現(xiàn)市場需要兼具快速和低功耗的SRAM。除了常見的運行模式―工作和待機―之外，這些SRAM還有一個名為“深度睡眠”的低功耗模式。深度睡眠模式由一個輸入信號控制，該信號可在斷言后將設(shè)備置于深度睡眠模式。例如，與低功耗SRAM的45-55ns的存取速度相比，賽普拉斯的PowerSnooze (電力打盹)SRAM提供10ns的存取速度。在功耗方面，其深度睡眠電流在10-20uA范圍內(nèi)，而一個16M高速SRAM的待機電流則高達 30 - 40mA。表2對比了三類SRAM的速度、電流消耗等關(guān)鍵參數(shù)。

　　表2：三種類型的SRAM對比

　　++: Battery life is calculated considering a 240 mAH coin battery and typical standby current consumption

　　++: 電池續(xù)航時間的計算考慮了一顆240 mAH紐扣電池和典型的電流消耗值。

　　**: Battery life for PowerSnooze SRAM is calculated by considering typical Deep-sleep current consumption

　　**: PowerSnooze SRAM 的電池續(xù)航時間的計算考慮了典型的深度睡眠電流消耗值。

　　系統(tǒng)設(shè)計人員可以通過一個GPIO 控制深度睡眠模式的進入，或者使用監(jiān)控芯片自動控制模式切換。對于GPIO控制，軟件可以通過分析SRAM存取利用其深度睡眠模式。有關(guān)接口要求的更多詳情，請參見“利用異步SRAM節(jié)省電能”。

　　電池支持型低功耗SRAM

　　對于電池支持型存儲器額外電路的需求源于以下事實：斷電時，控制器將喪失其I/O驅(qū)動功能。這會導(dǎo)致信號線路上出現(xiàn)中間邏輯電平，后者將通過板載電容和泄漏逐漸向低電壓處放電。失去控制意味著即使SRAM開始由電池供電，芯片啟用信號 ( )將變?yōu)檫壿嫷蜖顟B(tài)，從而啟用SRAM。為了避免這個問題，系統(tǒng)設(shè)計人員使用一塊監(jiān)控芯片監(jiān)測板載電源，并控制SRAM芯片啟用信號。

　　圖3詳細描述了SRAM、處理器接口和監(jiān)控芯片。所有地址和數(shù)據(jù)線以及控制信號均由處理器驅(qū)動。SRAM的主用低電平芯片啟用信號由監(jiān)控芯片驅(qū)動，后者由來自控制器的芯片啟用信號驅(qū)動。正常運行時(即板載電源可用時)，監(jiān)控芯片對于控制器和SRAM完全透明，但在斷電時，監(jiān)控芯片將接管對去往SRAM的芯片啟用信號的控制，將其變?yōu)檫壿嫺郀顟B(tài)，同時忽略控制器的芯片啟用信號。這個監(jiān)控芯片將板載電源無縫切換至電池，并禁用SRAM，從而避免數(shù)據(jù)丟失。第二個芯片啟用信號是高電平有效信號，由控制器通過一個弱下拉直接驅(qū)動。這個弱下拉可確保斷電時第二個芯片啟用信號被下拉到邏輯低狀態(tài)，并禁用SRAM。

　　圖3:電池支持型低功耗SRAM

　　對于那些在斷電時使用備用電池的應(yīng)用，高速、低功耗SRAM較低的深度睡眠電流使其成為這些應(yīng)用的理想選擇。正常運行時，SRAM可以高速運行，而斷電時，SRAM可以通過將深度睡眠信號斷言到邏輯低狀態(tài)而自動切換到深度睡眠模式。圖4 顯示了在不改變一個低功耗SRAM的現(xiàn)有設(shè)計的情況下，如何使用一個帶深度睡眠模式的SRAM。

　　斷電時，監(jiān)控芯片禁用SRAM，而深度睡眠引腳上的下拉將自動把信號下拉到邏輯低狀態(tài)，從而允許該部分進入深度睡眠模式。監(jiān)控芯片確保板載電源不可用時SRAM一直處于禁用狀態(tài)。電源恢復(fù)后，監(jiān)控芯片將繼續(xù)保持SRAM的禁用狀態(tài)，直到其上電復(fù)位超時。這個超時時段從1到100ms不等，具體取決于所選擇的監(jiān)控芯片。超時時段允許控制器成功啟動，之后它可以控制深度睡眠信號，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫺郀顟B(tài)。這能夠管理高速、低功耗SRAM的深度睡眠退出時序，同時使之用于控制器訪問。

　　圖4：帶有高速、低功耗SRAM的 備用電池

　　高速、低功耗SRAM可提供相當(dāng)于傳統(tǒng)低功耗SRAM的電池備用時間，同時通過提高SRAM的訪問速度滿足系統(tǒng)設(shè)計人員的性能提升要求。