鐵電RAM（F-RAM）存儲器被用在一係列廣泛的應用中，其中包括工業控製係統、工業自動化、任務關鍵型應用和汽車係統等。未wei來lai幾ji年nian，汽qi車che的de安an全quan係xi統tong將jiang會hui變bian得de更geng加jia複fu雜za。推tui動dong該gai趨qu勢shi的de一yi個ge主zhu要yao動dong力li是shi預yu期qi的de監jian管guan措cuo施shi
，它ta們men將jiang對dui汽qi車che安an全quan氣qi囊nang和he穩wen定ding控kong製zhi係xi統tong的de配pei售shou率lv和he成cheng熟shu度du產chan生sheng影ying響xiang。本ben文wen探tan討tao在zai這zhe些xie係xi統tong中zhong使shi用yongF-RAM非易失性存儲技術的主要技術優勢。

 

“安全氣囊係統”正在發生兩大變化。首先
，所有新型安全氣囊都配有一個智能傳感器，用於檢測車內是否有乘客。安全氣囊的每一次誤彈出都會導致極高的更換成本以及相應的維護、人工和部件成本。能夠持續監測乘客的重量和存在的智能傳感器能夠為安全氣囊的運行增加一個“可變性”，從而既能避免安全氣囊誤觸發對乘客造成傷害，也能在嚴重碰撞時為乘客提供保護。

 

其次，“安全氣囊係統”在事故發生之前將“實際信息或數據”采集到行車記錄儀（EDR）裏。這對於今後的訴訟或保險索賠有很大的價值。EDR功能通常內置於安全氣囊電子控製單元（ECU）中。這是一種自然組合，因為EDR並不需要像飛機黑匣子那麼高的耐受性要求，而且安全氣囊控製器是接收各類重要傳感器輸入的主要器件
，此外，汽車上沒有安裝獨立EDR的空間。

 

這兩個要求導致我們需要一個可讀寫次數極高
、存取速度較快的非易失性存儲器。對於“智能”安全氣囊而言，設計人員希望部署碰撞時彈力可變的安全氣囊。對存儲的要求是：頻繁記錄座位位置以及乘客的重量和存在/實際位置。在維護曆史方麵，存儲器有足夠的空間來存儲最後15–20秒的信息。由於一輛普通汽車通常能夠運行30多年
，這個存儲器應具備較快的寫速度、即時非易失性和極高的可讀寫次數。

 

F-RAM是一種非常適合這些要求的存儲器技術。與其它技術一樣
，它也提供非易失性存儲功能。F-RAM的主要優勢是極高的可寫次數和寫速度。有了F-RAM
，係統將能以全總線速度持續存儲數據，而且無需額外的存儲器
、開銷或損耗均衡等技術來管理存儲器的可讀寫次數。這是因為F-RAM具備即時非易失性特點，無需額外準備時間 即可存儲信息。其可寫次數高達1014量級。與此相比，大多數EEPROM和閃存的可惜次數還不足 106。

 

 

圖一：安全氣囊設計

 

鑒jian於yu安an全quan性xing和he極ji高gao的de更geng換huan成cheng本ben，汽qi車che製zhi造zao商shang增zeng添tian了le各ge類lei用yong於yu記ji錄lu乘cheng客ke位wei置zhi的de傳chuan感gan器qi，其qi中zhong包bao括kuo用yong於yu啟qi動dong安an全quan氣qi囊nang子zi係xi統tong的de乘cheng客ke壓ya力li傳chuan感gan器qi，和he一yi係xi列lie用yong於yu提ti升sheng安an全quan氣qi囊nang係xi統tong有you效xiao性xing的de位wei置zhi傳chuan感gan器qi。位wei置zhi數shu據ju需xu要yao頻pin繁fan更geng新xin，而er且qie必bi須xu存cun儲chu到dao點dian，甚shen至zhi是shi係xi統tong部bu署shu時shi刻ke。將jiang位wei置zhi數shu據ju持chi續xu記ji錄lu和he存cun儲chu到dao一yi個ge非fei易yi失shi性xing存cun儲chu器qi之zhi中zhong的de要yao求qiu使shi得de高gao性xing能neng

、低功耗、高讀寫次數的F-RAM成為一個理想選擇。

 

圖二：高級非易失性存儲器對比

 

 

圖三：安全氣囊係統的典型框圖

 

隨(sui)著(zhe)汽(qi)車(che)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)不(bu)斷(duan)增(zeng)高(gao)，浮(fu)柵(zha)技(ji)術(shu)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)變(bian)得(de)日(ri)益(yi)明(ming)顯(xian)。例(li)如(ru)
，浮(fu)柵(zha)存(cun)儲(chu)的(de)編(bian)程(cheng)過(guo)程(cheng)需(xu)要(yao)數(shu)微(wei)秒(miao)，這(zhe)對(dui)於(yu)安(an)全(quan)關(guan)鍵(jian)型(xing)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)是(shi)一(yi)段(duan)很(hen)長(chang)的(de)時(shi)間(jian)。如(ru)果(guo)碰(peng)撞(zhuang)時(shi)突(tu)然(ran)發(fa)生(sheng)停(ting)電(dian)，那(na)麼(me)隻(zhi)有(you)很(hen)少(shao)的(de)信(xin)息(xi)能(neng)夠(gou)存(cun)儲(chu)在(zai)浮(fu)柵(zha)存(cun)儲(chu)器(qi)中(zhong)。

 

編程過程也會損壞絕緣層，因此，這類存儲器的可寫次數很有限
，僅為100,000到1,000,000次。例如在客載傳感器中，數據更新量遠遠高於這個極限。假設典型的要求是數據每一秒更新一次
，浮柵存儲器不到12天就會損耗殆盡。斷電時將數據緩存到RAM中並寫入浮柵存儲器，就會給EDR帶來數據速度問題，因此不可行。

 

 

在zai智zhi能neng安an全quan氣qi囊nang係xi統tong中zhong，不bu僅jin需xu要yao在zai碰peng撞zhuang時shi存cun儲chu數shu據ju，而er且qie最zui好hao能neng夠gou存cun儲chu事shi故gu發fa生sheng前qian的de數shu據ju。理li想xiang的de解jie決jue方fang案an是shi使shi用yong一yi個ge滾gun動dong日ri誌zhi存cun儲chu碰peng撞zhuang前qian數shu據ju，但dan實shi踐jian證zheng明ming這zhe種zhong方fang法fa不bu適shi用yong於yu浮fu柵zha存cun儲chu器qi，因yin為wei它ta們men的de可ke寫xie次ci數shu有you限xian。由you於yu安an全quan氣qi囊nang模mo塊kuai配pei有you大da電dian容rong器qi，而er它ta們men存cun儲chu有you充chong足zu的de電dian能neng來lai啟qi動dong安an全quan氣qi囊nang的de電dian能neng，因yin此ci，碰peng撞zhuang發fa生sheng後hou可ke能neng仍reng有you殘can餘yu電dian能neng足zu夠gou支zhi持chi從cong緩huan衝chong器qi寫xie入ru數shu據ju。但dan其qi所suo能neng寫xie入ru的de數shu據ju量liang和he存cun儲chu寫xie入ru速su度du取qu決jue於yu可ke用yong的de電dian量liang。一yi個ge典dian型xing的de2K字節的浮柵存儲器每5ms約可寫入4字節，因此，寫滿整個浮柵存儲器可能需要一秒以上時間。

 

圖四：非易失性數據緩衝器

 

 

由於擁有極高的可寫次數，F-RAM可被用作數據緩衝器。MCU可在運行時將事件持續直接寫入 F-RAM。由於F-RAMshiyizhongguyoudefeiyishixingcunchuqi
，takeyizaiduandianhoubaocunshuju。yinci，jishizhudianyuanbeiqieduan
，zuihouyikedeshujuyebuhuizaodaosunhuai。youyushujushibeizhijiexieruF-RAM的，因此不需要將最後一刻的數據從SRAM傳送到EEPROM或閃存等非易失性存儲空間。F-RAM不需要係統備用電源來保留最後一刻的碰撞數據。

 

 

為了捕獲全部細節，一些事件需要每秒被記錄100到 1000次。這給現有基於EEPROM或閃存的記錄器帶來了挑戰。EEPROM采用逐頁方式存儲數據
，在將兩頁寫入EEPROM之間需要數微秒的存儲時延，從而限製了數據記錄能力。“無延時”寫入F-RAM可讓係統設計人員以係統總線速度捕獲和寫入實時數據。

 

 

圖五：賽普拉斯F-RAM的寫功耗 vs EEPROM和閃存的寫功耗

 

憑借同類最佳的非易失性寫速度
，F-RAM中的高速串行SPI及I2C接口和/或高速並行存取讓控製器能夠將數據更快地寫入F-RAM。此外
，低功耗F-RAM 隻需其它非易失性存儲技術所需總功耗的很小一部分。

 

 

EDR的數據可靠性對於實現準確性、耐受性
、shujujiansuoyijiguanjiandenaiyongxingmubiaolaishuofeichangzhongyao。youyuzhezhongcunchukongjianbeiyongyucunchuzhongyaodechuanganqishuju
，gaokekaoxingheshujuwanzhengxingduiyuqicheyingyongeryanshibukehuoquede。

 

圖六：EDR的數據可靠性對於實現準確性

、耐受性
、數據檢索和關鍵的耐用性來說非常重要

 

 

與其它類型的應用相比，汽車市場更加關注技術成熟度。EEPROM和he閃shan存cun技ji術shu已yi為wei人ren熟shu知zhi
，主zhu要yao供gong應ying商shang都dou擁yong有you成cheng熟shu的de質zhi量liang控kong製zhi體ti係xi。因yin為wei技ji術shu界jie對dui一yi項xiang技ji術shu的de可ke靠kao性xing和he可ke用yong性xing必bi須xu了le如ru指zhi掌zhang，引yin入ru新xin技ji術shu自zi然ran會hui讓rang人ren猶you豫yu不bu決jue。F-RAM在汽車環境（包括達到125°C極端溫度的引擎蓋內應用）中出貨量已經達到5億多件，可以說其已經成熟到了足以讓汽車客戶高枕無憂的程度。

 

與閃存、EEPROM、電池供電型SRAM和其它類似技術相比，F-RAM可降低係統成本，提升係統效率，降低複雜性，並大幅降低功耗。

文章來源於電子技術設計。