nvSRAMs Schnelle nichtflüchtige Speicher mit hoher Datensicherheit

Daten mit höchster Geschwindigkeit speichern? Und das ohne das Risiko des Datenverlustes – selbst bei unerwarteten Stromausfällen? Nichtflüchtige SRAMs (nvSRAMs) geben eine passende Antwort auf beide Fragen.

Die Halbleiter und IP-Cores von Anvo-Systems Dresden sind genau auf diese Speichertypen, die in industriellen und sicherheitsrelevanten Systemen zum Einsatz kommen, spezialisiert. Erhältlich sind die Bauteile bei Simos Elektronik.

Doch was genau versteckt sich in einem nvSRAM? Betrachtet man ein nvSRAM, so besteht dieser aus ganz normalen SRAM-Zellen, jede mit einer differentiellen Flash-Schattenspeicherzelle, die bei Bedarf mit den im SRAM befindlichen Daten beschrieben wird, aber auch zur Initialisierung des SRAMs dienen kann.

Alle Lese – und Schreibzugriffe adressieren nur das SRAM. STORE und RECALL steuern den Datenaustausch zwischen SRAM und Flash-Schattenspeicher. STORE bezeichnet die Programmierung des Flash-Schattenspeichers mit den SRAM-Daten, und RECALL bezeichnet die Initialisierung des SRAMs mit den Flash-Daten.

Während die meisten nichtflüchtigen Speichertechnologien bei jedem Schreibvorgang die Daten mit hohem Energie und Zeitaufwand in nichtflüchtige Speicherzellen programmieren, wird bei Schreibzugriffen auf einen nvSRAM zunächst einmal nur das gemacht, was der Nutzer wirklich will – die Daten werden geschrieben, und zwar schnell und energiesparend in die SRAM-Zellen des nvSRAM-Front-End. Dort sind sie für Lese-zugriffe verfügbar, können aber auch mit weiteren Schreibzugriffen überschrieben werden. Nur bei Bedarf wird eine Kopie der SRAM-Daten in den Flash-Schattenspeicher transferiert. Dies kann von jedem Anwender entsprechend seiner Applikation gestaltet werden und wird entweder durch einen STORE-Befehl initiiert oder erfolgt automatisch beim Powerdown.

Dieser Ansatz bringt eine Reihe von Vorteilen, nämlich:

  • hohe Schreib-Lese-Geschwindigkeiten
  • hohe Zuverlässigkeit
  • die Daten können beliebig oft gelesen und modifiziert werden
  • geringer Stromverbrauch
  • der Speicher ist kontinuierlich für Zugriffe  über den externen Bus verfügbar
  • Schreib und Lesezugriffe sind symmetrisch.

Selbst bei einem plötzlichen Ausfall der Versorgungsspannung verschiebt das nvSRAM die volatil im SRAM gespeicherten Daten sicher und dauerhaft in den Flash-Schattenspeicher.
Hierzu dienen folgende sich gegenseitig unterstützenden Maßnahmen:

  • Versorgungsspannungsüberwachung zum automatischen Auslösen des Datentransfers vom SRAM zum Flash (PowerStore) bei Power Down (VCC < Vswitch)
  • Energiespeicher zur autarken Spannungsversorgung von PowerStore
  • Abkapselung des nvSRAMs von der Systemstromversorgung bei PowerStore
  • Integration der Flash-Zellen des Schattenspeichers direkt in die SRAM–Zellen, wodurch das gleichzeitige, parallele Kopieren der Daten aus allen Zellen eines Speichertyps in die des anderen Typs voll parallel möglich wird
  • extrem energieeffizientes Programmierverfahren der Flash-Zellen dank SONOS-Technologie und Programmierung mittels Tunnelstrom (Fowler-Nordheim Tunneleffekt).

Der nvSRAM überwacht seine Versorgungsspannung permanent. Wenn sie bei Power-Down oder Brown-Out unter einen kritischen Wert (Vswitch) absinkt entkoppelt sich der nvSRAM von der Systemspannungsversorgung, disabled alle Pins und löst automatisch den internen Datentransfer zum Flash (PowerStore) aus. Für die Stromversorgung beim PowerStore ist ein am nvSRAM angeschlossener Kondensator von üblicherweise 22 µF bis 47 µF ausreichend. Dieser wird während Power-Up aufgeladen und speist den nv-SRAM während des ca. 8 ms beanspruchenden PowerStore.

Die Energieeffizienz der Speicher wurde so weit optimiert, dass für einen AutoStore-Zyklus nur ca. 20 µWs benötigt werden. Um die Einsatzfähigkeit auch in den energiekritischsten Anwendungen sicherzustellen, verfügen die Speicher von Anvo-Systems Dresden über zusätzliche Stromsparfunktionen wie den Hibernatemode. Diese Funktionen sind besonders für den Einsatz in batteriegestützten Umgebungen notwendig, um in Off-Cycle- Zeiten den Strombedarf des Speichers so weit wie möglich zu reduzieren.