在異步SRAM中實現(xiàn)速度與功耗的完美平衡

　　異步SRAM產(chǎn)品分為快速與低功耗兩個極為不同的產(chǎn)品類型，每個系列都具有其自己的一系列特性、應(yīng)用和價格?？焖佼惒?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/SRAM">SRAM具有更快的存取速度，但功耗較高;低功耗SRAM功耗低，但存取速度慢。

　　從技術(shù)角度看，需要進(jìn)行這樣的利弊權(quán)衡：在低功耗SRAM中，使用特殊柵極誘導(dǎo)漏極泄漏(GIDL)控制技術(shù)來控制待機電流，以控制待機功耗。這些技術(shù)涉及在上拉路徑或下拉路徑中增加額外的晶體管，這樣存取延遲就會加劇，從而會增加存取時間。在高速SRAM中，存取時間具有最高優(yōu)先級，因此無法使用這種技術(shù)。此外，該晶體管也可增大尺寸，以增加電荷流。尺寸的增大可減少傳播延遲，但同時會增加功耗。

　　從應(yīng)用需求角度看，該權(quán)衡奠定了兩種不同的應(yīng)用基礎(chǔ)?？焖賁RAM在作為高速處理器的直接接口高速緩存或高速暫存擴(kuò)展存儲器時工作良好。低功耗異步SRAM可用于為功耗必須非常低的系統(tǒng)臨時存儲數(shù)據(jù)。因此，快速SRAM通常用于服務(wù)器和航空設(shè)備等高性能系統(tǒng)，而低功耗SRAM則主要用于POS終端以及PLC等電池供電設(shè)備。

　　然而，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的有線設(shè)備也推出了電池供電移動版本。過去幾年，我們還見證了無線應(yīng)用的大量推出，其帶來了無線設(shè)備的長足發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)(IoT)促進(jìn)了新一代醫(yī)療設(shè)備、手持設(shè)備、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)以及工業(yè)控制器的發(fā)展，它們正在徹底改變各種設(shè)備的工作與通信方式。在這些移動設(shè)備中，快速SRAM和低功耗SRAM都不能全面滿足需求?？焖賁RAM流耗大，很快就會耗盡電池，而低功耗SRAM則存取速度不足，不能滿足這些復(fù)雜設(shè)備的需求。

　　對于現(xiàn)代電子設(shè)備的所有重要組件而言，降低功耗并縮小封裝是目前面臨的兩個最大的挑戰(zhàn)。對于異步SRAM來說，這種挑戰(zhàn)就是在小型封裝中創(chuàng)建功耗顯著降低的快速SRAM.雖然很多SRAM制造商都已經(jīng)開始提供采用少數(shù)引腳及裸片尺寸封裝的產(chǎn)品，但并沒有滿足市場對高性能低功耗存儲器的需求。

　　電源管理和待機功耗

　　定義設(shè)備功耗有兩個主要參數(shù)，分別是工作功耗和待機功耗。工作功耗是指設(shè)備在主動執(zhí)行其主要功能時消耗的電源。對于SRAM來說，就是在執(zhí)行讀寫功能時消耗的電源。待機功耗是指設(shè)備沒有工作，但依然處于通電狀態(tài)時所消耗的電源。對于絕大多數(shù)手持設(shè)備而言，SRAM大約有20%的時間在工作，而在其余80%的時間里，SRAM以待機模式與電源相連。

　　在以前大部分電子設(shè)備都連接至電源插座的時代，待機功耗在成本和便捷性方面都不是什么問題。然而對于當(dāng)前電池供電設(shè)備而言，待機功耗可增加明顯的電源優(yōu)勢。如果電源是不可充電的電池，那電池消耗殆盡的速度會更快。在可充電電池應(yīng)用中，最大的問題是：如果需要過于頻繁地充電就很不方便，這正好違背了移動設(shè)備的初衷。

　　降低功耗的需求最早來自微控制器，因此制造商不得不尋找各種替代方案代替?zhèn)鹘y(tǒng)工作及待機這兩種狀態(tài)模式。這使TI和NXP等公司推出了具有特殊低功耗工作模式(稱為深度斷電模式或深度睡眠模式)的MCU.這些控制器可在正常工作中全速運行，而在不需要時則進(jìn)入低功耗模式。這樣，系統(tǒng)可在不影響高性能的情況下降低功耗。在該低功耗模式下，外設(shè)和存儲設(shè)備也有望省電。電源管理的重點現(xiàn)已轉(zhuǎn)移至與這些系統(tǒng)相連的存儲設(shè)備。

　　支持片上電源管理的SRAM

　　在我們介紹片上電源管理SRAM的概念及無限潛力之前，我們先來了解為什么現(xiàn)在需要它。在電路板上，異步SRAM通常與MCU相連作為擴(kuò)展存儲器，其可用做高速緩存或高速暫存存儲器。與DRAM和閃存等其它存儲性存儲器相比，SRAM具有密度局限性：當(dāng)前可用的SRAM最大存儲密度是8MB，而DRAM則已進(jìn)入GB時代。然而，MCU很難跟DRAM或閃存直接連接，因為這些存儲器一般具有很長的寫入周期，不能與MCU同步。高速工作的MCU需要可以存儲重要數(shù)據(jù)的高速緩存，以及以一種能夠進(jìn)行快速存取的方式進(jìn)行的各種臨時運算。SRAM最適合用作MCU與存儲性存儲器之間的高速緩存。

　　下圖不僅更好地說明了存儲器的不同階段，而且還指出了哪里需要SRAM：