Almacenamiento de datos de forma eficiente y segura
Los requisitos de memoria no volátil en lo que se refiere a velocidad de acceso y escritura de datos, retención de información y eficiencia (bajo consumo) están aumentando, especialmente en aplicaciones de misión crítica. Una tecnología completamente comprobada que también cumple exigencias extremas es F-RAM.
Autores: Chen Wang, Corporate Product Manager Digital de Rutronik, y Zarepour Mahrokh, Senior Manager Regional Marketing, y Gabriel Philipp, Director Business Management Distribution EMEA, ambos de Infineon
La adquisición de datos siempre ha sido un elemento esencial en entornos y aplicaciones de misión crítica. Por lo tanto, se solía usar una SRAM (static random access memory – memoria estática de acceso aleatorio) respaldada por batería para almacenar información. A pesar de que garantiza un alto nivel de seguridad, SRAM tiene varias desventajas:
- Se necesitan varios componentes (batería, controlador de gestión de potencia, etc.) que ocupan bastante espacio de PCB y tienen una función de riesgo alta.
- Para evitar el sobrecalentamiento de la batería, se suele ensamblar después del proceso de reflujo, lo que en último término se traduce en mayores costes de producción.
- A menudo, los vehículos y los robots industriales están sometidos a vibraciones, provocando que los conectores que sostienen las baterías en su lugar se aflojen o desprendan. Esto reduce la fiabilidad de todo el sistema.
- Las baterías también necesitan tareas de mantenimiento y sustitución durante la (larga) vida útil de un vehículo o robot industrial típico.
- Además, las baterías no pueden cumplir las directivas RoHS y, con frecuencia, crean problemas a los operarios en lo que se refiere a los desechos.
Por estas razones, la memoria no volátil (NVM) está siendo cada vez más utilizada en entornos industriales. Las EEPROM suelen ser la primera opción. Sin embargo, generalmente son poco adecuadas en determinadas aplicaciones, ya que requieren fiabilidad en tiempo real para la adquisición de datos. Además, no son particularmente eficientes: hay que recordar que el bajo consumo es un factor esencial, dado que en estas aplicaciones se tienen que recopilar datos continuamente.
Requisitos de memoria principal
Debido a los requisitos de adquisición continua de datos y la demanda de una vida útil larga, las memorias para industria y automoción, así como las dirigidas al sector sanitario, deben ofrecer una resistencia prácticamente ilimitada.
La F-RAM (ferroelectric random access memory – memoria de acceso aleatorio ferroeléctrica) posee una resistencia superior que la EEPROM y – a diferencia de la propia EEPROM – guarda los datos inmediatamente (por favor, observe la tabla). Es eficiente y no existe necesidad de una batería adicional para disponer de suficiente energía para el almacenamiento en la SRAM. Tampoco se requiere un controlador de memoria, ahorrando así espacio y dinero. El reducido número de componentes también contribuye a mejorar la fiabilidad. Otra ventaja más se encuentra en la amplia variedad de productos disponibles en el mercado, garantizando así el acceso a la solución F-RAM ideal para cada aplicación.
Tendencias de adquisición de datos
Las tendencias que dan forma a la adquisición de datos en las aplicaciones correspondientes se pueden observar actualmente en entornos industriales, así como en los sectores de la sanidad y la automoción.
La tendencia en la industria: los diseñadores de aplicaciones industriales necesitan saber si la adquisición de datos debe realizarse de forma centralizada en el microcontrolador principal o por separado en cada motor. Por ahora, las aplicaciones de adquisición de datos demandan hasta 1 MB de memoria en el motor. Por el otro lado, con controladores, se requiere hasta 16 MB.
Para aplicaciones de alta velocidad, como controladores de robot de seis ejes, la última generación NVM de Infineon (F-RAM Excelon) ofrece elevada densidad de memoria y una SPI quad (QSPI) para asegurar un rendimiento de datos rápido. Y, para aplicaciones con menores requisitos, como sucede, por ejemplo, en sistemas de control de movimiento con tres controladores de motor, la serie también incluye modelos de menor densidad con una SPI.
La tendencia en el sector de la automoción: los sistemas a bordo de automóviles necesitan un registro de datos continuo y tienen que adquirir información de sensores sin retardo en caso de fallo de alimentación. En entornos operativos adversos con grandes requisitos en el número de ciclos de lectura/escritura y retención de datos, resulta esencial beneficiarse del rendimiento más estable posible, que también respalda las interfaces eficientes de alta velocidad y baja cantidad de pines. Las F-RAM de la serie Excelon Auto han sido diseñadas específicamente para este propósito. Adquieren los datos de manera inmediata sin ningún tiempo de espera ni componentes adicionales. Soportan una QSPI con hasta 108 MHz y disponen de las calificaciones AEC-Q100-1, -2 y -3. Así pues, los componentes de almacenamiento superan los criterios de seguridad funcional. Con 100 billones de ciclos de escritura, un chip Excelon a bordo de un coche puede escribir datos durante veinte años.
La tendencia en sanidad: las mejoras en conectividad e Internet de las Cosas (IoT) con dispositivos wearables y sistemas de monitorización remota de pacientes están respaldando la transición gradual de la atención del hospital al hogar. Los “impulsores” de este desarrollo son el rápido envejecimiento de la población y el aumento de los costes de la atención médica, especialmente en los países desarrollados.
Los dispositivos médicos móviles para el hogar, como las bombas de infusión o los marcapasos, posibilitan terapias remotas. No obstante, esto requiere una adquisición de datos en tiempo real significativamente más extensa y fiable para garantizar una operación eficaz y segura, también en el supuesto de un posible fallo de alimentación. Además, el bajo consumo representa un papel fundamental a la hora de maximizar la vida de la batería de los dispositivos.
Gracias a las funciones de escritura libres de retardo, la vida útil prácticamente ilimitada y los modos ultra–low power, los modelos Excelon F-RAM cumplen todos los requisitos (Fig. 1). Equipados con el último encapsulado GQFN, también ofrecen un formato pequeño – una ventaja especial para los wearables. Además, las celdas F-RAM de Infineon son lo suficientemente robustas para resistir la intensidad y la radiación del campo magnético. Por lo tanto, reducen los riesgos asociados a los sistemas externos y evitan una mayor intervención al reemplazar los componentes de almacenamiento.
Resumen
Los ejemplos demuestran que la demanda de F-RAM fiables y rápidas con alto rendimiento y bajo consumo ha aumentado de manera significativa en un gran número de aplicaciones que confían en los datos de múltiples sensores. Esto es especialmente cierto en áreas de misión crítica, donde la pérdida de información puede comprometer los mecanismos de seguridad.
Además, la adquisición de datos desempeña un papel fundamental como “impulsor” de nuevas capacidades de inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (ML), como mantenimiento predictivo. Proporciona los datos que ayudan a promover la innovación en tales aplicaciones.
Su vida de servicio casi ilimitada en combinación con la adquisición de datos instantánea y fiable y el alto rendimiento hace que las F-RAM de Infineon se conviertan en la primera elección en sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), robots industriales y dispositivos médicos. Gracias a sus diferentes densidades, las F-RAM satisfacen las necesidades de muy diversas aplicaciones. Esto dota a los desarrolladores de la flexibilidad para cumplir los futuros requisitos de las tecnologías edge de próxima generación.
