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FRAM技术为安全气囊系统提供金沙澳门官网4166,深

时间:2019-11-22 13:41来源:科学研究
【据《电子工程专辑》2006年11月23日报道】非易失性铁电存储器和集成半导体产品供应商RamtronInternational公司宣布推出FM24CL16的16Kb、3V串行FRAM存储器器件的汽车级认证型号,能达到AEC-Q

【据《电子工程专辑》 2006年11月23日报道】非易失性铁电存储器和集成半导体产品供应商Ramtron International公司宣布推出FM24CL16的16Kb、3V串行FRAM存储器器件的汽车级认证型号,能达到AEC-Q100标准(汽车电子设备委员会针对集成电路而设的测试标准)的要求。Ramtron正积极实施多项计划来扩充符合AEC-Q100标准的FRAM产品系列,以应对汽车市场的设计和采购挑战。该公司并已制定认证计划以支持多个用户设计项目,涵盖从驾驶室应用到车辆最严格的应用环境。 Ramtron副总裁Mike Alwais称:“FRAM的NoDelay写操作使其成为唯一适用于先进的汽车电子系统的非易失性存储器技术。诸如:自适应巡航控制等。FM24CL16并已设计在这类系统中,能达到汽车应用的高可靠性高质量元件要求。” AEC-Q100认证计划的推出,是为了适应汽车子系统对更好的非易失性数据存储解决方案日益增长的需求。由于使用了微处理器和传感器,车辆中的电子正变得越来越“智能化”;FRAM已经成为高电子含量应用中不可或缺的部分,例如智能安全气囊、乘客传感器、信息娱乐系统、防夹/活动天窗、汽车变速控制系统、自适应巡航控制和线控转向控制系统等,因为FRAM能够提供像EEPROM和闪存等旧式存储器无法提供的功能,如快速写入、无限读写寿命及超低功耗等。Ramtron目前正针对(-40℃至125℃)工作温度范围的Grade 1级别开发多种FRAM型号。 FM24CL16特性 FM24CL16是具有工业标准2线接口的16kb非易失性RAM,与相应的EEPROM器件管脚兼容,但性能更佳,能以高达1MHz的总线速度进行读和写操作,兼且具有几乎无限的耐久性、45年的数据保存能力和低功耗的特点。该器件工作于2.7至3.6V电压,工业温度范围为-40℃至+85℃,以100kHz进行读和写操作时的电流消耗为75微安。 这种串行FRAM器件可为汽车电子的数据收集和存储应用提供无与伦比的非易失性存储器。由传感器捕捉数据的过程可从快速写入中获益,尤其是在复杂的汽车环境或电源可能会突然停顿的情况时,比如安全气囊和汽车行驶记录仪等。无限的读写寿命可让设计人员随时捕捉信息,而没有损坏存储器的风险。低功耗在汽车娱乐系统等低功耗应用中是个额外的优势。 关于AEC-Q100 汽车电子设备委员会在1994年创立了AEC-Q100认证标准,并获全球认可作为汽车电子系统的基准。达到AEC-Q100标准要求的电子元件被确信是可靠的高质量元件,适用于严苛的汽车环境,并无需再进行另外的元件级认证测试。

汽车安全系统在未来数年间将变得越来越趋于精密。这一趋势会影响到attach rate 以及安全气囊系统和汽车稳定性控制系统的的复杂程度。随着这些系统中的电子部分越来越重要,同时对半导体存储器的容量要求也随之增长。本文概述了在设计新一代安全气囊系统存储方案时应该考虑的问题。

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目前汽车安全气囊系统引入了两项主要的创新技术。

盖世汽车讯 2017年第19届亚太汽车工程年会,中国汽车工程学会年会暨展览会于10月24日至26日在上海拉开帷幕。富士通电子元器件携铁电随机存储器FRAM、3D全虚拟仪表解决方案等亮相本次展会。

第一,新型的安全气囊系统增加了“智能性”:不同于以往系统一律采用最大的展开力。仿佛所有的事故和乘客都是一模一样的,新系统是根据事故和乘客的具体参数来决定气囊的展开力度。这些参数可能包括碰撞的严重程度、乘客的体重和座椅相对气囊的位置等。这种可变的展开力将会大受那些曾有过普通安全气囊冲击而造成不愉快经验人士的欢迎。智能型气囊还能识别乘客座椅是否空置,以决定需不需要使用乘客安全气囊。考虑到每辆车的安全气囊数目正在增多加上即使发生小事故也必需更换的成本支出,这种创新的技术将有助于用户省下相当可观的维修和保险成本。

全球汽车产业正面临快速的产业升级,智能化、节能化成为未来发展的主要趋势,高级自动驾驶及新能源汽车技术产品层出不穷,全景可视、虚拟仪表盘、大屏信息娱乐系统等电子系统飞速发展,同时这也为半导体企业带来发展机遇。富士通电子顺应这一趋势潮流,凭借其在半导体、汽车智能化领域的实力继续深入中国市场。富士通电子元器件产品管理部总监杜复旦及销售经理孙震在接受盖世汽车采访时主要介绍了展出的以下两款产品,包括:

第二,越来越多的车辆安装了事故数据记录仪 ,用来收集碰撞相关的信息,类似于飞机“黑匣子”。EDR 功能一般被包含在安全气囊电子控制单元 中。这样置配很自然,因为 EDR 没有飞机黑匣子的那种存活性要求,安全气囊控制器主要是接收各个重要传感器的输入信息。而车辆制造商也指出没有空间安装独立式的 EDR。

富士通铁电随机存储器FRAM——高质量、高可靠性存储方案

这两种安全气囊存储应用对存储器的要求都相当高,但彼此差异很大。鉴于在严重的事故中,系统很有可能掉电,因此都需要非易失性存储器。事故重建意味着事故前后的相关数据必须存储在系统可写入的可靠的非易失性存储器中。

1969年起,富士通开始提供存储器,至今已经走过47个年头。富士通半导体现在主要提供高质量、高可靠性的非易失性存储器“FRAM”。1995年起,公司开始研发FRAM,具有18年以上的量产经验。截止到目前,来自全球45个国家的客户咨询过FRAM的200多种应用产品。FRAM此前主要运用于智能卡及IC卡等卡片领域、电力仪表及产业设备等产业领域,以及医疗设备及医疗RFID标签等医疗领域。近年来,还被运用于可穿戴设备、工业机器人以及无人机中。

在“智能安全气囊”系统上ECU 设计人员希望针对具体的事故采用合适的展开力。这就不仅需要加速度信息同时也需要乘客信息。新型的智能安全气囊系统对存储器有独特的要求,即需要把直到事故发生前的乘客信息都记录下来,其中包括座椅位置和乘客体重。为了在事故之前能够获得有关乘客情况的可靠记录,就必需连续存储信息。送往安全气囊 ECU 的参数数据是由车辆内部的加速度传感器和传感器产生的。这种连续存储需要能够远比传统闪存写入更频繁的存储技术。

FRAM是一种融合了在断电的情况下也能保留数据的非易失性、随机存取两个特长的铁电随机存储器。FRAM的数据保持,不仅不需要备用电池,而且与EEPROM、FLASH等传统的非易失性存储器相比,在写入、读写耐久性和功耗性能方面具有相当优越性。

EDR 技术的关键在于所需的数据量及存储这些数据所需要的时间。新的规范将大大扩展需要采集的数据。当发生严重事故时,极有可能出现掉电情况。对于这种情况,EDR 系统必须赶在系统电源失去之前把数据保存下来。事故中,供电可能会突然失去,而传统的非易失性存储解决方案需要很长的时间来对新信息进行写入。

FRAM产品可分为两个系列,分别是以SOP/SON等封装产品形式提供的“独立存储器”和FRAM内置等RFID用LSI以及验证LSI等的“FRAM内置LSI”,并且可根据客户要求,开发和供应最大限度发挥应用优势及性能的FRAM内置定制LSI。

非易失性铁电存储器 便提供了能解决上述需求的技术能力。它和其它非易失性方案一样都能提供可靠的非易失性存储能力,特别出众之处在于它的可擦写次数非常多,写入速度也极快。

面对车载及工业应用,富士通电子开发出了可确保在125℃高温下运转,符合AEC-Q100标准的MB85RS128TY和 MB85RS56TY两款FRAM产品。另外,公司还提供重新评估和修改现有的设计回路,提高了产品可靠性。富士通电子目前也正在开发工业应用的大容量8Mbit并行接口FRAM,未来可用于网络、路由器、工业计算机、存储和RAID控制器等领域 ,并满足需要大容量FRAM的客户的需求。

安全气囊应用中最常选用带有串行外设接口 的5V工作电压FRAM存储器。这些器件可以在很高的总线接口速度下进行写操作,具有超过1万亿次 的擦写次数,足以让智能安全气囊连续写入,以提供无缝的乘客数据记录。串行速度可以从5MHz 到 20MHz间的FRAM 且无延迟写操作能够让主处理器尽可能快地存储数据,几乎没有信息丢失的风险。FRAM具备的非易失性特点、无限的擦写次数,以及快速数据写入能力,是下一代安全气囊系统的理想存储器。

3D全虚拟仪表解决方案

以前汽车应用中所用的主要非易失性存储技术是浮栅器件,如EEPROM或闪存。浮栅器件通过一层SiO2薄膜把多晶硅栅与沟道隔离开来。要对器件进行编程,需在控制栅上产生很高的电压,使得电子可获得足够的动能,穿透隔离层,将电子 加速到源极。

富士通3D全虚拟仪表主芯片采用Triton-C专用图形处理器,具有全球独有的强大2D引擎。多达8层的多层显示和6路视频输入、3路独立输出,具有专为仪表设计的图形安全功能看,功耗低,低成本等优势。解决方案从工具链、OS、软件到整套硬件,完全符合汽车相关标准,能以最小成本支持全虚拟仪表从样表到量产的关键阶段。完整的软硬件开发平台,有助于实现超低功耗,整机低成本,缩短开发周期。

沟道中形成了一个耗尽区,这样,在特定的栅极电压下,已被编程的部分被置于“off ”,而没有被编程或没有被擦写的器件为“on ”。

富士通诞生初期就是一家注重多领域发展的公司,1935年刚成立时它叫做“富士通信机株式会社”,专门制造电话设备。1961年,该公司实现了跨界,与日本一家全球知名车企展开了合作。1967年公司正式更名为“富士通株式会社”。从1961年起,经过半个多世纪的发展,富士通现在不仅提供信息服务,其汽车电子和半导体业务也十分强大。富士通电子元器件有限公司是富士通在中国半导体业务总部,于2003年8月成立,在北京、深圳、大连等地区均设有分公司,主要销售产品包括ASIC、代工服务、专用标准产品、铁电随机存储器、继电器、GaN、MCU和电源功率器件。

随着汽车设计要求的复杂性日益增加,浮栅存储技术的局限性越来越明显。例如,它的编程处理需要数毫秒时间,这对高安全性的应用来说已经是非常长的时间了。在碰撞事件中,电源迅速丢失,几乎没有信息能够及时保存到浮栅器件中。

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编程处理还对隔离层具有破坏性,因此这类器件的擦写次数很有限,一般在10万次到100万次之间。就乘客传感器而言,数据更新的次数即使是对上限100万次来说也太频繁了。对于一般的每秒一次的写入速度要求,浮栅器件使用不到12天中就会达到使用寿命。若是把数据缓冲到RAM中,在断电时再写入到浮栅非易失性存储器中,又会在EDR中产生写入速度问题,因此并非真正有效的解决方案。

金沙澳门官网4166 ,在智能安全气囊系统中,不仅必需存储碰撞事故中的数据,还需要存储事故发生前的数据。利用滚动日志来存储碰撞前的数据是很理想的方法,但对浮栅存储器件而言,这种解决方案已证实存在问题,因为它们的擦写次数有限。由于安全气囊模块具有很大的电容,以便存储足够的能量来激活安全气囊,故在事故发生之后可能有足够的残余电量把缓冲器中的数据写入到非易失性存储器中。能够写入的数据量取决于尚可用的电量,也即电容中的残余能量和存储器的写入速度。典型2K byte浮栅存储器的写入速度可以达到约每5ms 写入4 字节。故而,要写入整个浮栅存储器可能需要1秒多的时间。

FRAM能够提供极高的擦写次数和速度,有效解决了上述问题。Ramtron的 FRAM技术把铁电材料和标准半导体芯片设计及制造技术结合在一起,推出了非易失性存储器和模拟/混合信号产品。这些产品具有快速读/写性能、几乎无限的擦写次数和静态RAM 的超低功耗,并在掉电时能够安全存储数据,这些都是标准RAM技术所无法提供的功能。

FRAM单元采用业界标准CMOS工艺制造,通过两个电极板之间的铁电晶体来形成电容,类似于DRAM电容的构造。但是不像一般的易失性存储器那样把数据作为电容上的电荷来存储,FRAM是把数据存储在铁电晶体内。

当在铁电晶体上施加一定电场时,晶阵的中心原子在电场作用下沿电场方向在晶体内运动,它通过一个能量壁垒 (energy barrier) 造成电荷尖峰。内部电路感测到这一电荷尖峰,并且设置存储器。电场消失后,中心原子会保持在原来的位置,从而保存存储器的状态。

铁电薄膜放在CMOS基层之上,并置于两电极板之间,使用金属互连并钝化后完成铁电制造过程。

所以,FRAM存储器不需要定期刷新,掉电后仍然会保存数据。它的速度很快,而且实际没有寿命限制。这些特性使它完全能够以极小的时间间隔写入数据,从而确保所保存状态的正确性。例如,一个16Kb 的器件可以超低功耗在3.3 微秒内被写入。另外,它能够每秒刷新10,000次 (每100微秒写一次),工作寿命长达25,000小时。

最近,韩国现代汽车 (Hyundai Autonet) 决定在它的下一代智能安全气囊系统中采用非易失性铁电随机存取存储器 ,这正是FRAM技术的优势被顶尖汽车系统供应商逐步接受并用于高安全性应用的又一有力明证。而现代汽车是继美国、亚洲、日本和欧洲另外8家汽车制造商之后,选用FRAM技术来为智能安全气囊系统和相关的碰撞事故数据记录仪提供“智能性”的又一家知名公司。

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