Everspin MRAM优化系统能耗

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。

我们将非易失性存储器与SPI接口进行比较，仅查看写操作，这些操作通常比读操作消耗更多的功率。由于写命令，WREN位和两个地址字节的开销，可写的数据字节数比SPI总线上的字节数少四倍。写入非易失性存储器的字节数被选择为4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。