Everspin MRAM優化系統能耗

與EEPROM或閃存相比，諸如MRAM之類的技術能夠顯着下降系統總能耗。對於許多無線和便攜式應用程序，尤爲是在不斷增加的物聯網中，能源預算（一段時間內消耗的總功率）是相當重要的組成部分。在計算設計的功耗預算時，工程師一般會查看設備的額定功耗。可是，其餘因素也可能起做用。例如，對於非易失性存儲器，寫電流遠高於讀或待機電流。所以，在對功耗敏感的應用中，尤爲是在須要頻繁進行內存寫入的系統中，須要考慮寫入時間。與EEPROM或閃存相比，MRAM之類的技術具備快速寫入和上電寫入時間，能夠顯着下降系統總能耗。在本文中，咱們比較了使用閃存的典型數據採集系統的系統能耗，EEPROM或MRAM。
 
整體而言，比較代表：
•非易失性存儲器的寫入時間是致使整個系統能耗的主要因素。所以MRAM的較短寫入時間實際上能夠減小總能耗。
 
•使用具備MRAM的電源門控架構，能夠進一步下降系統能耗，由於其更快的上電寫入時間可以使MRAM待機功耗下降到零。
 
典型系統
圖1中的示意圖表明低壓差穩壓器（LDO），微控制器（MCU），非易失性存儲器和去耦電容器，一般用於數據採集應用，例如醫療監視器，數據記錄器等。其餘系統組件，例如由於沒有考慮傳感器及其功耗。

 
假定該MCU處於低功耗睡眠狀態，而且具備按期喚醒以進行數據採集。所獲取的數據存儲在非易失性存儲器中，而後系統返回到睡眠狀態。
 
咱們將非易失性存儲器與SPI接口進行比較，僅查看寫操做，這些操做一般比讀操做消耗更多的功率。因爲寫命令，WREN位和兩個地址字節的開銷，可寫的數據字節數比SPI總線上的字節數少四倍。寫入非易失性存儲器的字節數被選擇爲4和46。可能最有多是四個，表明一個數據採集樣本的存儲。同時，使用1.0uF去耦電容器供電時，可寫入MRAM的最佳數據量爲46。
 
電源門控注意事項
 
快速計算代表，電源門控時，去耦電容很是重要。從零開始對電容器充電的能量很是重要。 EEPROM能夠直接經過標準微控制器的I / O（一般爲4 mA）供電。結果，使用了一個0.1μF的小電容去耦.MRAM和閃存須要的電流比標準MCU I / O所能提供的電流更多。所以，須要更大的去耦電容，以便閃存或MRAM能夠利用存儲在設備中的能量運行。
 
寫操做的階段
非易失性存儲器的能耗是在寫操做的各個階段計算得出的（圖2）：

 
上升時間：在此階段，咱們假設全部能量都進入去耦電容器，而且非易失性存儲器消耗的能量能夠忽略不計。
 
上電時間：一旦VDD上的電壓超過閾值，就須要一個小的延遲（tPU）來使MRAM準備就緒，而對於EEPROM或閃存則不須要。在此階段，咱們假設MRAM消耗數據手冊備用規格中所示的電流。
 
寫入時間：在此階段，非易失性存儲器消耗數據手冊有效規格中所示的電流。假設3.3V系統的容差爲±10％，則I / O上的最低電壓可能爲3.3V – 10％= 2.97V。此電壓2.97 V用於計算。