剖析低功耗內存－Mobile RAM
發布時間：2010-7-26 14:23
發布者：conniede
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娛樂和商務活動不斷增加的移動需求和新技術的涌現，使得消費類和商業類電子設備在不斷朝著移動化方向發展的同時，也在控制功耗和成本的前提下不斷完善和擴展便攜式設備的功能。如在PDA、智能移動電話和數碼照相機等便攜式設備中，手寫識別、語音識別、指紋識別、MP3、 VOD、JPEG和MPEG等正在滿足用戶不斷增長的移動多媒體需求。 為了保持產品的競爭性，OEM及制造商希望他們的便攜式設備不僅能提供完善的功能、快速的操作響應和充足的存儲空間，同時要保持較低的制造成本。盡管Flash能滿足特定的存儲需求，具有掉電不丟失數據的優點，但是相對SDRAM技術它的成本更高，并且需要更長的存取時間。越來越多的智能電話在應用處理器側正向著類似計算機結構的方向發展，使用SDRAM技術的高級擴展產品、具有先進工藝和低功耗管理特性的低功耗Mobile RAM 去代替板載NOR-Flash運行操作系統和應用軟件。此外，Mobile RAM 還可取代NAND-Flash的部分功能來存儲一些數據信息，例如今天Mobile RAM 在一些PDA中的應用。 今天，采用嵌入式操作系統——如Win CE 、Symbian、Palm、和 Linux等——的智能電話和PDA對內存的需求已經達到了256Mb，甚至更多。Mobile RAM 可為這些便攜式設備提供最經濟的高密度存儲解決方案。 以英飛凌為例，目前可向業界提供的Mobile RAM產品包括128Mb，256Mb和512Mb容量，100MHz 和133MHz頻率，x16 和x32 數據寬度，1.8V, 2.5V 和 3.3V供電電壓的全系列，可滿足不同的應用需求。與傳統的存儲器相比，Mobile RAM 提供了多種低功耗特性，其中一些是得益于其先進的工藝和特殊的芯片設計，而有些則可根據低功耗管理來選擇。這些特性包括： · 低供電電壓 · 低工作電流和待機電流 · 溫度補償自刷新（TCSR） · 內建溫度傳感器的TCSR · 局部陣列自刷新（PASR） 據測試，使用Mobile RAM，平均功耗可降低約60％，可大幅度延長電池壽命。如果使用 TCSR, PASR和Deep Power Down模式可使待機模式下的功耗進一步降低。 供電電壓 傳統的SDRAM工作在3.3V，而Mobile RAM 的工作電壓可以低至2.5或1.8V。假定兩者工作電流一樣，則使用Mobile RAM時，由于電壓的降低就可以使功耗降低25％（2.5V）或者45％（1.8V）。 工作和待機電流 相對傳統的SDRAM，Mobile RAM提供了更低的工作和待機電流，如表1和表2所示。其節能多少在很大程度上取決于器件的應用模式，例如，器件處于閑置狀態的相對時間，即Mobile RAM處于自刷新狀態的時間。 Mobile RAM的低功耗架構設計可進一步降低 Mobile RAM 在自刷新模式下的電流：這可以通過溫度補償自刷新（TCSR）和有效存儲空間部分陣列自刷新（PASR）來實現。 這兩種低功耗管理特性是通過一條模式寄存器設置指令訪問擴展模式寄存器（如圖1所示）來實現。 溫度補償自刷新（TCSR） SDRAM器件是以電荷形式將數據存儲在微電容上，所以它需要周期性地刷新電容以保存信息。刷新周期很大程度上取決于芯片溫度。通常低溫狀態下刷新周期長，功耗低；而高溫狀態下刷新周期短，功耗高。 圖1 通過一條模式寄存器設置指令訪問擴展模式寄存器，Mobile RAM 可實現TCSR和PASR兩種功能。 當動態存儲器件處于自刷新模式時，刷新周期由其內部時基決定。而標準SDRAM的時基被固定設置為在最高溫度（商業模式應用70℃，擴展模式應用85℃）下運行所要求的刷新率，即其刷新周期不會隨著溫度的變化而有所改變。所以，當標準SDRAM器件在比較低的溫度下運行時，因其刷新周期仍被固定為最高溫度下運行所需的刷新周期，即保持較高的刷新頻率，從而導致了功耗的浪費。 溫度補償自刷新（TCSR）使得Mobile RAM可以根據溫度變化調節刷新周期到所需的值以節約功耗。圖2說明了用TCSR時，功耗的節約情況。 在TCSR的應用中，需要使用一個內部或者外部溫度傳感器。相應的，控制器將會根據探測到的芯片溫度定時刷新TCSR位，調整SDRAM的刷新率以控制功耗。 內建溫度傳感器的TCSR 英飛凌的Mobile RAM內部封裝了溫度傳感器。它使用為TCSR定義的四個溫度值，根據芯片實際溫度周期性的調整自刷新頻率。其優點在于芯片溫度的測試和刷新頻率的調整都是在Mobile RAM芯片內部自動完成的，因而避免了使用外部溫度傳感器、設置模式寄存器和為設置模式寄存器而 喚醒處理器所需的額外功耗。這一特性在TCSR為其默認值（A4=A3=0）時將自動調用。 內建溫度傳感器可準確探測Mobile RAM芯片內部溫度變化，自動完成刷新周期的調整和功耗管理，避免了使用外部溫度傳感器探測的不準確性和在待機狀態需要喚醒處理器的額外操作。內建溫度傳感器同時也降低了系統設計的復雜性和開發成本，并進一步提升了便攜式設備的系統穩定性。 局部陣列自刷新（PASR） 局部陣列自刷新是Mobile RAM所具有的另一節能特性。有了PASR，通過置位擴展模式寄存器（如圖1所示）的PASR位，可以將自刷新操作限制在Mobile RAM的某一需要保存數據的區域，從而避免了在無數據存儲的區域做不必要的刷新。英飛凌Mobile RAM的PASR操作包括能對所有的四個Bank(缺省)刷新，兩個bank刷新,一個bank刷新，1/2 bank刷新或者1/4 bank刷新。由于PASR自刷新模式下的功耗與存有數據多少，以及需要刷新的區域大小相關，所能節省的功耗和暫時閑置的存儲區域大小成正比。 可見，在保持和傳統SDRAM功能兼容的同時，Mobile RAM提供了許多有價值的低功耗特性，它們可以滿足各種便攜式設備和其他移動設備所需的低功耗要求。除了更低的供電電壓和低的工作電流，內建溫度傳感器的溫度補償自刷新特性和部分陣列自刷新特性使得器件在自刷新模式下的功耗都得以大幅降低，延長了電池的使用壽命。 |
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