剖析低功耗内存－Mobile RAM

娱乐和商务活动不断增加的移动需求和新技术的涌现，使得消费类和商业类电子设备在不断朝着移动化方向发展的同时，也在控制功耗和成本的前提下不断完善和扩展便携式设备的功能。如在PDA、智能移动电话和数码照相机等便携式设备中，手写识别、语音识别、指纹识别、MP3、 VOD、JPEG和MPEG等正在满足用户不断增长的移动多媒体需求。
　　
为了保持产品的竞争性，OEM及制造商希望他们的便携式设备不仅能提供完善的功能、快速的操作响应和充足的存储空间，同时要保持较低的制造成本。尽管Flash能满足特定的存储需求，具有掉电不丢失数据的优点，但是相对SDRAM技术它的成本更高，并且需要更长的存取时间。越来越多的智能电话在应用处理器侧正向着类似计算机结构的方向发展，使用SDRAM技术的高级扩展产品、具有先进工艺和低功耗管理特性的低功耗Mobile RAM 去代替板载NOR-Flash运行操作系统和应用软件。此外，Mobile RAM 还可取代NAND-Flash的部分功能来存储一些数据信息，例如今天Mobile RAM 在一些PDA中的应用。
　　
今天，采用嵌入式操作系统——如Win CE 、Symbian、Palm、和 Linux等——的智能电话和PDA对内存的需求已经达到了256Mb，甚至更多。Mobile RAM 可为这些便携式设备提供最经济的高密度存储解决方案。
　　
以英飞凌为例，目前可向业界提供的Mobile RAM产品包括128Mb，256Mb和512Mb容量，100MHz 和133MHz频率，x16 和x32 数据宽度，1.8V, 2.5V 和 3.3V供电电压的全系列，可满足不同的应用需求。与传统的存储器相比，Mobile RAM 提供了多种低功耗特性，其中一些是得益于其先进的工艺和特殊的芯片设计，而有些则可根据低功耗管理来选择。这些特性包括：
　　
·  低供电电压
　　
·  低工作电流和待机电流
　　
·  温度补偿自刷新（TCSR）
　　
·  内建温度传感器的TCSR
　　
·  局部阵列自刷新（PASR）
　　
据测试，使用Mobile RAM，平均功耗可降低约60％，可大幅度延长电池寿命。如果使用 TCSR, PASR和Deep Power Down模式可使待机模式下的功耗进一步降低。
　　
供电电压
　　
传统的SDRAM工作在3.3V，而Mobile RAM 的工作电压可以低至2.5或1.8V。假定两者工作电流一样，则使用Mobile RAM时，由于电压的降低就可以使功耗降低25％（2.5V）或者45％（1.8V）。
　　
工作和待机电流
　　
相对传统的SDRAM，Mobile RAM提供了更低的工作和待机电流，如表1和表2所示。其节能多少在很大程度上取决于器件的应用模式，例如，器件处于闲置状态的相对时间，即Mobile RAM处于自刷新状态的时间。
　　
Mobile RAM的低功耗架构设计可进一步降低 Mobile RAM 在自刷新模式下的电流：这可以通过温度补偿自刷新（TCSR）和有效存储空间部分阵列自刷新（PASR）来实现。 这两种低功耗管理特性是通过一条模式寄存器设置指令访问扩展模式寄存器（如图1所示）来实现。
　　
温度补偿自刷新（TCSR）
　　
SDRAM器件是以电荷形式将数据存储在微电容上，所以它需要周期性地刷新电容以保存信息。刷新周期很大程度上取决于芯片温度。通常低温状态下刷新周期长，功耗低；而高温状态下刷新周期短，功耗高。

图1  通过一条模式寄存器设置指令访问扩展模式寄存器，Mobile RAM 可实现TCSR和PASR两种功能。

　　
当动态存储器件处于自刷新模式时，刷新周期由其内部时基决定。而标准SDRAM的时基被固定设置为在最高温度（商业模式应用70℃，扩展模式应用85℃）下运行所要求的刷新率，即其刷新周期不会随着温度的变化而有所改变。所以，当标准SDRAM器件在比较低的温度下运行时，因其刷新周期仍被固定为最高温度下运行所需的刷新周期，即保持较高的刷新频率，从而导致了功耗的浪费。

　　
温度补偿自刷新（TCSR）使得Mobile RAM可以根据温度变化调节刷新周期到所需的值以节约功耗。图2说明了用TCSR时，功耗的节约情况。

　　
在TCSR的应用中，需要使用一个内部或者外部温度传感器。相应的，控制器将会根据探测到的芯片温度定时刷新TCSR位，调整SDRAM的刷新率以控制功耗。
　　
内建温度传感器的TCSR
　　
英飞凌的Mobile RAM内部封装了温度传感器。它使用为TCSR定义的四个温度值，根据芯片实际温度周期性的调整自刷新频率。其优点在于芯片温度的测试和刷新频率的调整都是在Mobile RAM芯片内部自动完成的，因而避免了使用外部温度传感器、设置模式寄存器和为设置模式寄存器而
唤醒处理器所需的额外功耗。这一特性在TCSR为其默认值（A4=A3=0）时将自动调用。