Элементная база интеллектуальных сенсоров. Часть 2

26.4. Внутренняя память интеллектуальных сенсоров

В состав микрокомпьютера (микропроцессора, микроконтроллера или микроконвертора), как правило, входят необходимые узлы памяти. Во многих случаях этого бывает достаточно. Однако имеется немало случаев, когда имеющейся там памяти недостаточно, и оказывается нужна дополнительная память. С разными целями в интеллектуальных сенсорах используют следующие виды дополнительной памяти.

26.4.1. Оперативная память

Оперативная память с произвольным адресным доступом. Она нужна для занесения и хранения текущих данных: текущей информации, данных измерения, промежуточных результатов вычислений и т.п. Иногда ее называют еще "памятью данных" или RAM (Random Access Memory). При выключении питания вся записанная в такой памяти информация пропадает. Сразу после включения питания состояние ячеек этой памяти является неопределенным. Поэтому перед дальнейшим использованием в неё надо программно заносить нужную начальную информацию ("инициировать"). Если требуется сохранять имеющуюся информацию и тогда, когда сенсор не работает, то при отключении общего питания оперативную память переключают на питание от независимого источника (батарейки). Микросхемы оперативной памяти, имеющие встроенный источник питания и электронику автоматического переключения питания, иногда называют " энергонезависимой памятью".

Вариантами оперативной памяти являются статическая (Static RAM – SRAM) и динамическая оперативная память (Dynamic RAM – DRAM). Микросхемы динамической памяти имеют обычно более высокую плотность ячеек. Поэтому удельная стоимость единицы информации в них меньше, чем у статической оперативной памяти. Но динамическая память нуждается в частой периодической регенерации. По этой причине в интеллектуальных сенсорах чаще используют статическую память.

В портативных интеллектуальных сенсорах рекомендуется использовать микросхемы КМДН памяти с малой потребляемой мощностью. Они выпускаются объемом от 2 Кбит до 32 Мбит на одном кристалле с разной организацией (1-, 8- и 16-разрядной) в корпусах разного типа или даже бескорпусные ( рис. 26.6). В качестве примера можно назвать микросхемы HM-6516 статической оперативной КМДН памяти фирмы Intersil объемом 16 Кбит, имеющие организацию 2048 слов по 8 разрядов (2 Кбайт). Они обеспечивают время доступа от 120 до 200 нс, потребляя мощность 275 мкВт при пассивном хранении данных и 55 мВт/МГц в режимах записи и считывания.

Рис. 26.6. Разные варианты выполнения микросхем памяти

Микросхемы PD441000L-X статической оперативной КМДН памяти фирмы NEK объемом 1 Мбит имеют организацию 131072 слов по 8 разрядов (128 Кбайт), обеспечивают время доступа от 70 до 150 нс. Сверхбыстродействующие микросхемы этой же фирмы PD4416001 и PD4416016 объемом 16 Мбит, имея соответственно 1- и 16-разрядную организацию, обеспечивают время доступа от 15 до 17 нс.

26.4.2. Постоянная память

Постоянная память – это память с произвольным адресным доступом, в которой записанная информация не изменяется, надежно сохраняется и при отсутствии питания. Она нужна для хранения программ работы микроконтроллера, констант, таблиц и других данных, которые не меняются при функционировании сенсора. Ее называют еще "памятью программ" или RОМ ( англ. "read only memory"). Имеются микросхемы постоянной памяти, в которые информацию заносят раз навсегда уже при изготовлении микросхем. Но в сенсорах чаще применяют электрически программируемую постоянную память, которую называют еще ЕРRО. Информацию в нее (это, как правило, программы работы микроконтроллера, режимные параметры, служебные данные) заносят с помощью специальных "программаторов" при инсталляции и налаживании работы сенсора. В экспериментальных и исследовательских образцах сенсоров лучше использовать другой вариант – репрограммируемую постоянную память. Записанную в нее информацию при необходимости можно изменить (до 1000–10000 раз). Основные варианты репрограммируемой постоянной памяти – это электрически репрограммируемая постоянная память (ЕЕРRОМ) и программируемая постоянная память с ультрафиолетовым стиранием. Некоторые микросхемы ЕЕРRОМ можно применять при испытаниях исследовательских образцов сенсоров с целью быстрого перехода на другие исследовательские варианты функционирования сенсора.

Палитра программируемых при изготовлении, однократно электрически программируемых микросхем постоянной памяти и допускающих многократное репрограммирование, перекрывает диапазон объемов от 2 Кбит до 16 Мбит с 8-разрядной или 16-разрядной организацией. Диапазон номиналов напряжения питания – от 2,7 В до 15 В 10 %. Среди них есть немало таких, которые программируются от того же напряжения, которым питаются. Продолжительность цикла считывания – 40–200 нс.

26.4.3. Память с последовательным доступом

Память с последовательным доступом или флэш-память не позволяет записывать или считывать информацию адресно, из произвольной ячейки. Записывать или считывать данные можно лишь последовательно – ячейка за ячейкой. Но записывать, накапливать в таких микросхемах можно большие объемы данных, которые надежно хранятся и при отсутствии питания.

В последнее десятилетие произошел большой скачок в разработке, производстве и применении флэш-памяти. Сейчас она широко применяется в таких интеллектуальных сенсорах, как цифровые фотоаппараты и видеокамеры, диктофоны, плееры, мобильные телефоны и смартфоны и т.п. Флэш-память ныне можно приобрести от многих производителей как в виде отдельных микросхем, в том числе бескорпусных, так и в виде "карт памяти" или в виде флэш-накопителей ( рис. 26.7).

Объем памяти на одном кристалле достигает уже 64-256 Мбит, а объем памяти переносных флэш-накопителей и флэш-карт – 16-32 Гбайт, о чем раньше можно было только мечтать.