Everspin MRAM最佳化系統能耗

Everspin在磁儲存器設計製造和交付給相關應用方面的知識和經驗在半導體行業中是獨一無二的。Everspin擁有600多項有效專利和申請的智慧財產權，在平面內和垂直磁隧道結（MTJ）STT-MRAM位單元的開發方面均處於市場領先地位。本篇文章介紹 最佳化系統能耗。
 
與EEPROM或快閃記憶體相比，諸如MRAM之類的技術可以顯著降低系統總能耗。對於許多無線和行動式應用程式，尤其是在不斷增長的物聯網中，能源預算（一段時間內消耗的總功率）是至關重要的組成部分。在計算設計的功耗預算時，工程師通常會檢視裝置的額定功耗。但是，其他因素也可能起作用。例如，對於非易失性儲存器，寫電流遠高於讀或待機電流。因此，在對功耗敏感的應用中，尤其是在需要頻繁進行記憶體寫入的系統中，需要考慮寫入時間。與EEPROM或快閃記憶體相比，MRAM之類的技術具有快速寫入和上電寫入時間，可以顯著降低系統總能耗。在本文中，我們比較了使用快閃記憶體的典型資料採集系統的系統能耗，EEPROM或MRAM。
 
總體而言，比較表明：
•非易失性儲存器的寫入時間是導致整個系統能耗的主要因素。因此MRAM的較短寫入時間實際上可以減少總能耗。
 
•使用具有MRAM的電源門控架構，可以進一步降低系統能耗，因為其更快的上電寫入時間可使MRAM待機功耗降低到零。
 
典型系統
圖1中的示意圖代表低壓差穩壓器（LDO），微控制器（MCU），非易失性儲存器和去耦電容器，通常用於資料採集應用，例如醫療監視器，資料記錄器等。其他系統元件，例如因為沒有考慮感測器及其功耗。

 
假定該MCU處於低功耗睡眠狀態，並且具有定期喚醒以進行資料採集。所獲取的資料儲存在非易失性儲存器中，然後系統返回到睡眠狀態。
 
我們將非易失性儲存器與SPI介面進行比較，僅檢視寫操作，這些操作通常比讀操作消耗更多的功率。由於寫命令，WREN位和兩個地址位元組的開銷，可寫的資料位元組數比SPI匯流排上的位元組數少四倍。寫入非易失性儲存器的位元組數被選擇為4和46。可能最有可能是四個，代表一個資料採集樣本的儲存。同時，使用1.0uF去耦電容器供電時，可寫入MRAM的最佳資料量為46。
 
電源門控注意事項
 
快速計算表明，電源門控時，去耦電容非常重要。從零開始對電容器充電的能量非常重要。 EEPROM可以直接透過標準微控制器的I / O（通常為4 mA）供電。結果，使用了一個0.1μF的小電容去耦.MRAM和快閃記憶體需要的電流比標準MCU I / O所能提供的電流更多。因此，需要更大的去耦電容，以便快閃記憶體或 可以利用儲存在裝置中的能量執行。
 
寫操作的階段
非易失性儲存器的能耗是在寫操作的各個階段計算得出的（圖2）：

 
上升時間：在此階段，我們假設所有能量都進入去耦電容器，並且非易失性儲存器消耗的能量可以忽略不計。
 
上電時間：一旦VDD上的電壓超過閾值，就需要一個小的延遲（tPU）來使MRAM準備就緒，而對於EEPROM或快閃記憶體則不需要。在此階段，我們假設MRAM消耗資料手冊備用規格中所示的電流。
 
寫入時間：在此階段， 非易失性儲存器 消耗資料手冊有效規格中所示的電流。假設3.3V系統的容差為±10％，則I / O上的最低電壓可能為3.3V – 10％= 2.97V。此電壓2.97 V用於計算。