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SRAM Serie de baja densidad que no pierde datos si falla el suministro eléctrico

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sram microchip
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Microchip conoce bien el mercado de microcontroladores. Como uno de sus primordiales suministradores a través de nuestras líneas de dispositivos PIC® y AVR®, nos esforzamos al límite para cubrir las necesidades de todos nuestros clientes del servicio.

Un segmento en el que hemos detectado miles de aplicaciones interesantes exige un pequeño registro diario de datos (1K bit a 1M bit). Estos registros se suelen emplear para informar sobre una calibración o bien atrapar detalles sobre el procesamiento en una máquina. Por servirnos de un ejemplo, un sistema que tome medidas de forma continua y realice el seguimiento de una línea de producción, y que no pueda perder información en el caso de fallo repentino del suministro eléctrico necesita una EERAM. Tras concluir el seguimiento de un producto, la memoria del registro de datos se reinicia para pasar al siguiente producto de la línea. En la parte final de este artículo vamos a describir un ejemplo de contador eléctrico, mas pensemos en productos que requieren tareas repetitivas como piezas de madera torneadas, contar el número vueltas de una rosca para la colocación de tornillos o medir especificaciones (localización de orificios, anchura y altura de un objeto, peso, aplicación de pintura, etcétera) en una línea de producción en movimiento.

Los microcontroladores de Microchip incorporan bloques de SRAM, EEPROM, NOR Flash, etc., mas en ocasiones nuestros clientes pueden reducir el costo total registrando los datos fuera del microcontrolador y administrando el registro de datos externo mediante un puerto I2C o bien SPI. Aparte del costo, estos registros externos de datos de memoria pueden ofrecer la ventaja añadida del control por separado dentro de la estrategia del sistema en modo de reposo.

Para aplicaciones de registro de datos que extrañamente experimenten cambios y requieran no volatilidad (retener los datos en el caso de fallo imprevisible del suministro eléctrico), la EEPROM serie suele ser la solución frecuente. Esta opción resulta muy barata, de ahí que sea seleccionada por los diseñadores si sus aplicaciones se reescriben menos de miles y miles de veces a lo largo de la vida útil del producto. Recordemos que las fichas técnicas de las EEPROM solo prometen un millón de ciclos de almacenamiento para cada página o bien byte de memoria.

Mas ciertas aplicaciones precisan registrar datos que experimentan muchos más cambios en su contenido sobre un millón de ciclos durante la vida del producto.

EERAM es la solución para esta necesidad. Conectamos el microcontrolador mediante I2C o bien SPI [ver Figura 1] y el núcleo de la memoria de un circuito integrado EERAM es SRAM. EERAM utiliza la estructura estándar de una célula SRAM con 6 transistores que se ha venido usando desde hace décadas. Un usuario de EERAM la trata precisamente igual que si fuera una SRAM serie, leyendo y escribiendo bytes de ocho bit y efectuando escrituras por byte o en ráfaga y lecturas por byte o rachas sin preocuparse por el número de ciclos de almacenaje o la duración.

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Figura 1. Funcionamiento normal de la SRAM.
sram serie
Figura 2. Fallo en el suministro de Vcc.

Obsérvese en la Figura 1 que es preciso incorporar el condensador externo CVCAP (generalmente de 33µF) para el funcionamiento de la SRAM no volátil. Cuando se alimenta por primera vez la EERAM, este condensador se carga a VCC a través del dispositivo. A lo largo del funcionamiento normal de la SRAM, el condensador continúa cargado a VCC y el nivel de la VCC del sistema es supervisado por el dispositivo. Si la VCC del sistema cae por debajo de un cierto umbral, el dispositivo lo interpreta como un corte de suministro o bien una tensión inapropiada. El dispositivo detiene todo el funcionamiento de las E/S [ver Figura 2], se desconecta de la patilla VCC y usa la energía almacenada en el condensador para nutrir el dispositivo mediante la patilla VCAP mientras que transfiere todos y cada uno de los datos de la SRAM a la EEPROM. Cuando se recobra la nutrición de VCC, los datos se trasfieren nuevamente a la SRAM, el condensador se recarga y la SRAM vuelve a funcionar precisamente desde donde dejó de hacerlo.

Los productos I2C se suministran en versiones de cuatro Kbit, 16 Kbit y 64 Kbit, mientras que los productos SPI son de sesenta y cuatro Kbit, doscientos cincuenta y seis Kbit, 512 Kbit y 1 Mbit. El encapsulado SOIC de 8 patillas es el más utilizado para todas las interfaces y densidades, si bien hay otros encapsulados disponibles para algunos de estos productos.

Los clientes del servicio deben tener en cuenta que el costo de una EERAM viene a duplicar más o menos el de una EEPROM serie con exactamente la misma densidad y el mismo grado de utilización. A cambio de este aumento de coste, los diseñadores disfrutan del infinito número de lecturas/escrituras de SRAM y 100.000 ciclos (VCC) de almacenaje para los transistores de reserva no volátiles. Las memorias serie FRAM (FeRAM) han venido ofertando desde hace varias décadas en muchas de estas aplicaciones. El volumen de ventas de FRAM serie confirma meridianamente la necesidad y pluralidad de estas funciones de una NVSRAM y EERAM cubre tal requisito a un costo más bajo. Quienes primero han recurrido a esta solución son los usuarios de FRAM con el doble objetivo de reducir el coste de la lista de materiales y adoptar una tecnología más estandarizada.

Ejemplo de aplicación en un medidor de potencia inteligente

Pensemos en una vivienda unifamiliar en la que se haya instalado un contador eléctrico inteligente. El dueño de la residencia puede ajustar su consumo eléctrico (lavadora, secadora, etc.) a los tramos horarios con las tarifas más bajas y la compañía eléctrica puede medir el consumo en minutos para administrar mejor la red en la zona. En este caso de ejemplo, las medidas del consumo eléctrico en la Vivienda se toman cada segundo y los datos registrados se transmiten a la red cada dos minutos. Una vez transmitidas las lecturas de los últimos 2 minutos, el contador puede comenzar a medir los siguientes 2 minutos de consumo eléctrico tras reiniciar el registro de los datos. La red eléctrica en la zona experimenta un máximo de 20 posibles casos de tensión inapropiada o fallos de suministro a lo largo de un año. Aunque perder las lecturas a lo largo de periodos de 2 minutos en una sola casa no semeja afectar a las ventajas de las compañías eléctricas, perder estos dos minutos de lecturas en una zona entera de la red sí puede tener consecuencias. La EERAM es una solución ideal puesto que deja recuperar los datos si falla el suministro eléctrico y es la solución actual con un costo más bajo en la categoría de NVRAM serie de 4K bit a 1 Mbit.

Recordemos cuáles son los beneficios de la EERAM:

En primer lugar, la EERAM está formada por SRAM y puertas flotantes, que son estructuras comunes en la mayor parte de los productos CMOS actuales. Por lo tanto, la EERAM no se fundamenta en un extraños procesos o bien productos químicos. Se puede fabricar en muchas plantas de producción, por lo que la calidad y el índice bajísimo de fallos de funcionamiento, comprobados en los millones de productos CMOS fabricados cada mes, constituyen el valor más sólido de las EERAM.

Seguidamente, desde el punto de vista del usuario, una EERAM se comporta como una SRAM serie, con exactamente la misma interfaz serie I2C o bien SPI y exactamente los mismos encapsulados, por lo que es simple de utilizar. Además de esto los bytes de lectura y escritura son simétricos, lo cual quiere decir que se puede redactar un byte a exactamente la misma velocidad que se lee. El número de lecturas y escrituras de bytes es infinito, como en una SRAM, por el hecho de que hay una SRAM dentro. No obstante, puesto que también hay puertas no volátiles, el dispositivo solo puede alcanzar cien ciclos de apagado/encendido antes de que las puertas no volátiles puedan sufrir desgaste.

Para más información visite https://www.microchip.com/design-centers/memory/serial-eeram o contacte con eeprom@microchip.com