Everspin MRAM优化系统能耗

宇芯电子

Everspin在磁存储器设计制造和交付给相关应用方面的知识和经验在半导体行业中是独一无二的。Everspin拥有600多项有效专利和申请的知识产权，在平面内和垂直磁隧道结（MTJ）STT-MRAM位单元的开发方面均处于市场领先地位。本篇文章介绍Everspin MRAM优化系统能耗。

与EEPROM或闪存相比，诸如MRAM之类的技术可以显着降低系统总能耗。对于许多无线和便携式应用程序，尤其是在不断增长的物联网中，能源预算（一段时间内消耗的总功率）是至关重要的组成部分。在计算设计的功耗预算时，工程师通常会查看设备的额定功耗。但是，其他因素也可能起作用。例如，对于非易失性存储器，写电流远高于读或待机电流。因此，在对功耗敏感的应用中，尤其是在需要频繁进行内存写入的系统中，需要考虑写入时间。与EEPROM或闪存相比，MRAM之类的技术具有快速写入和上电写入时间，可以显着降低系统总能耗。在本文中，我们比较了使用闪存的典型数据采集系统的系统能耗，EEPROM或MRAM。

总体而言，比较表明：
•非易失性存储器的写入时间是导致整个系统能耗的主要因素。因此MRAM的较短写入时间实际上可以减少总能耗。

•使用具有MRAM的电源门控架构，可以进一步降低系统能耗，因为其更快的上电写入时间可使MRAM待机功耗降低到零。

典型系统
图1中的示意图代表低压差稳压器（LDO），微控制器（MCU），非易失性存储器和去耦电容器，通常用于数据采集应用，例如医疗监视器，数据记录器等。其他系统组件，例如因为没有考虑传感器及其功耗。

假定该MCU处于低功耗睡眠状态，并且具有定期唤醒以进行数据采集。所获取的数据存储在非易失性存储器中，然后系统返回到睡眠状态。

我们将非易失性A4和46。可能最有可能是四个，代表一个数据采集样本的存储。同时，使用1.0uF去耦电容器供电时，可写入MRAM的最佳数据量为46。

电源门控注意事项

快速计算表明，电源门控时，去耦电容非常重要。从零开始对电容器充电的能量非常重要。 EEPROM可以直接通过标准微控制器的I / O（通常为4 mA）供电。结果，使用了一个0.1μF的小电容去耦.MRAM和闪存需要的电流比标准MCU I / O所能提供的电流更多。因此，需要更大的去耦电容，以便闪存或MRAM可以利用存储在设备中的能量运行。

写操作的阶段
非易失性存储器的能耗是在写操作的各个阶段计算得出的（图2）：

上升时间：在此阶段，我们假设所有能量都进入去耦电容器，并且非易失性存储器消耗的能量可以忽略不计。

上电时间：一旦VDD上的电压超过阈值，就需要一个小的延迟（tPU）来使MRAM准备就绪，而对于EEPROM或闪存则不需要。在此阶段，我们假设MRAM消耗数据手册备用规格中所示的电流。

写入时间：在此阶段，非易失性存储器消耗数据手册有效规格中所示的电流。假设3.3V系统的容差为±10％，则I / O上的最低电压可能为3.3V – 10％= 2.97V。此电压2.97 V用于计算。

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非易失性存储器的写入时间是导致整个系统能耗的主要因素。因此MRAM的较短写入时间实际上可以减少总能耗。

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使用具有MRAM的电源门控架构，可以进一步降低系统能耗，因为其更快的上电写入时间可使MRAM待机功耗降低到零。