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在异步SRAM中实现速度与功耗的完美平衡

在异步SRAM中实现速度与功耗的完美平衡

以下因素进一步推动了对低功耗快速SRAM的需求:

1.在具有各种新工艺节点的现代MCU中,嵌入式高速缓存的作用越来越有限;

2.由于上述原因以及MCU现已变得越来越高级,因此外部高速缓存正日益变得更加重要。因而,当务之急是让SRAM不再成为限制因素;

3.在电池供电应用中,功耗是客户购买时考虑的重要参数。因此,SRAM芯片的高待机功耗是无法接受的。

由于以上所有因素,SRAM制造商多年来一直在尝试取消快速产品与低功耗产品之间的利弊权衡。其中一个解决方案是混合器件——在存取时间和功耗上进行快速与低功耗的搭配。然而,这些混合SRAM无法满足快速SRAM可满足的性能要求。最好的解决方案是支持片上电源管理的快速SRAM,其既可确保高性能,又可实现低功耗。

支持片上电源管理的SRAM的工作方式跟支持片上电源管理的MCU类似。除了工作模式和待机工作模式以外,还有深度睡眠工作模式。这种设置允许SRAM芯片在标准工作模式下全速存取数据,而在深度睡眠模式下不执行任何功能,因此流耗极低(比普通快速SRAM的待机功耗低1000倍)。

下表针对快速SRAM、低功耗SRAM以及支持深度睡眠工作模式的快速SRAM进行了各种参数比较:




这些数字清楚地展示了与使用标准快速SRAM相比,使用“带深度睡眠模式”的SRAM的优势。在SRAM大部分时间都处于待机状态的应用中,该优势会更加明显。

我们来假设一个场景:某器件工作了一千个小时,SRAM的工作时间只占其中的20%.如果该SRAM是一款工作电压为3.3V的快速SRAM,那它的工作功耗就将为120瓦时(WH),待机功耗为80 WH.总功耗将为200 WH.现在,如果我们使用具有深度睡眠模式的快速SRAM,工作功耗依然是120 WH,但待机功耗则锐减至0.06 WH.总功耗大约为121 WH.因此在该具体应用中,深度睡眠选项可将功耗降低40%.然而在使用深度睡眠模式时(无论是MCU还是SRAM),需要考虑的一个因数是进入和退出深度睡眠模式所需的时间。如果这两个工作周期的时间间隔比SRAM进入和退出深度睡眠模式所用的时间还短,那该方法就不适合。

迄今为止,唯一推出支持片上电源管理的SRAM的公司是赛普拉斯半导体公司,该产品为PowerSnoozeTM.PowerSnooze SRAM采用54-TSOP和48-BGA等标准封装,与普通快速SRAM一样。为使用深度睡眠功能,该产品还提供了一个特殊引脚(DS),可将低电平有效切换至进入深度睡眠模式。标准快速SRAM上的同等引脚恰恰是无连接(NC)。因此只需极少的设计工作(只需连接一个额外的引脚),便可将标准快速SRAM升级为PowerSnooze SRAM.
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