AN96592 Migrating from Everspin’s 4-Mbit SPI MRAM (MR2xH40) to Cypress’s 4-Mbit SPI F-RAM (CY15B104Q) (Chinese).pdf

AN96592
将 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM(MR2xH40)替换为赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM
(CY15B104Q)
作者: Shivendra Singh
相关项目:无
相关器件系列:CY15B104Q
软件版本:无
相关应用笔记:AN304、AN87352
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AN96592 介绍的是将 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM(MR2xH40)替换为赛普拉斯高可靠节能的 4 Mbit SPI F-RAM
(CY15B104Q)时需要考虑的各种优势和差别。
1
简介
赛普拉斯的 SPI F-RAM 是一款采用了先进铁电过程的串行、非易失性存储器。它是世界上最节能的高性能、高可靠的
非易失性 RAM 解决方案。 F-RAM 能够解决其他串行非易失性存储器(如:串行 EEPROM、闪存和 MRAM)存在的
复杂性、开销和系统级可靠性等问题。与串行 EEPROM 和闪存存储器不同,F-RAM 可以以总线速度执行写操作,并
且不会引起任何写延迟(NoDelay™)。数据可以被直接写入到 F-RAM 阵列内,并且在进行下一个写入访问操作前可
以马上开启一个新的总线周期,而不需要通过轮询数据来验证器件是否准备就绪。
赛普拉斯的 F-RAM 产品提供了高达 1014 次的写入次数。与典型的串行非易失性存储器(如:EEPROM 和闪存)相比,
该数量被提高了好几个数量级。另外,与串行 EEPROM、闪存或 MRAM 相比,F-RAM 的耗能更低。此外,在磁场环
境下存储在 F-RAM 阵列中的数据不受任何影响。因此该存储器成为在磁场环境下大多数工业应用中用于存储重要数据
的非易失性存储器最佳选择。最普遍的替代解决方案(SPI MRAM)使用磁性存储元件(铁磁性的板)存储数据,这种
方法很容易受到磁场的影响,从而破坏数据。
本应用笔记着重说明了 4 Mbit SPI MRAM(MR2xH40)和 4 Mbit SPI F-RAM(CY15B104Q)之间的差别。将
MR2xH40 替换为 CY15B104Q 时需要注意这些差别。
欲了解更多 SPI F-RAM 设计的信息,请参考应用笔记 AN304 — F-RAM™的 SPI 指南。
欲了解 F-RAM 与串行非易失性存储器(EEPROM)相比的优势,请参考应用笔记 AN87352 — 用于智能电子仪表的
F-RAM™。
2
将 4 Mbit SPI MRAM 替换为 4 Mbit SPI F-RAM
以下各部分重点介绍了 4 Mbit SPI MRAM 和 4 Mbit SPI F-RAM 之间的主要差别,并探讨了将 SPI MRAM 替换为 SPI
F-RAM 时遇到的兼容性情况。
2.1
引脚和封装兼容性
赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM 器件适用于两个工业标准封装(8 引脚 SOIC 和 8 引脚 DFN)。这些标准灵活的封装选
项使赛普拉斯的 SPI F-RAM 能够替换所有现有的 MRAM 封装,并不会影响系统性能。此外,赛普拉斯的 F-RAM 解决
方案还提供了附加优势(如:节省能量、磁耐性),从而能够提高系统的可靠性。表 1 讨论了它们之间的主要差别和
兼容性。
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1
将 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM (MR2xH40)替换为赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM(CY15B104Q)
表 1. 引脚和封装比较
特性/功能
8 引脚 DFN 裸露焊盘
8 引脚封装
SPI MRAM
请勿在该焊盘上连
接任何部件
(VSS 除外)
8 引脚 DFN,
8 引脚 DFN
(较小的标志)
注释
SPI F-RAM
(CY15B104Q)
(MR2xH40)
无连接
F-RAM 8 引脚 DFN 封装上的裸露焊盘是无连接(NC)焊盘,因
此,它们将处于悬空状态或者连接到 VSS/ VDD。
赛普拉斯不建议在 PCB 上焊接 F-RAM DFN 裸露焊盘。
8 引脚 DFN,
8 引脚 SOIC
显示在图 2 和图 3 内 MRAM 的两个 8 引脚 DFN 封装均与显示在
图 1 内的
F-RAM 8 引脚 DFN 封装相兼容。
SPI F-RAM 还支持 8 引脚 SOIC 封装。
图 1. 4 Mbit SPI F-RAM 8 引脚 DFN(5 mm × 6 mm × 0.75 mm)封装外形
裸露焊盘
由于 SPI F-RAM 裸露焊盘未连接裸片(die),因此它处于悬空状态。从 SPI MRAM 替换为 SPI F-RAM 时,请确保不
要将 SPI F-RAM DFN 封装的裸露焊盘焊接在 PCB 上。否则会使 SPI F-RAM 的裸片(die)暴露在过高的温度中,从
而导致位故障和容限损失。
图 2 和图 3 分别显示了 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM 的 8 引脚 DFN 和 8 引脚 DFN(小标志)的封装外形。可以将 8
引脚 DFN 封装的 4 Mbit SPI F-RAM 直接焊接在这两个封装的引脚上。
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将 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM (MR2xH40)替换为赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM(CY15B104Q)
图 2. 4 Mbit SPI MRAM 8 引脚 DFN 封装外形
裸露焊盘
图 3. 4 Mbit SPI MRAM 8 引脚 DFN(小标志)封装外形
裸露焊盘
注意: 4 Mbit SPI F-RAM DFN 封装比 4 Mbit SPI MRAM DFN 封装薄 0.2 mm。对于组件厚度受限的系统,这是 SPI
F-RAM 的一大优点。
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将 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM (MR2xH40)替换为赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM(CY15B104Q)
指令(操作码)兼容性
2.2
表 2 显示了 4 Mbit SPI MRAM 和 SPI F-RAM 访问指令(操作码)以及它们的兼容性
表 2. 操作码比较
指令操作码
(十六进制)
指令
说明
SPI MRAM
(MR2xH40)
SPI F-RAM
(CY15B104Q)
WREN(06h)
设置写使能锁存
√
√
WRDI(04h)
复位写使能锁存
√
√
RDSR(05h)
读取状态寄存器
√
√
WRSR(01h)
写入状态寄存器
√
√
READ(03h)
读取存储器数据
√
√
FSTRD(0Bh)
快速读取存储器数据
X
√
4 Mbit SPI MRAM 不支持该指令。
WRITE(02h)
写入存储器数据
√
√
其功能完全相同。
SLEEP(B9h)
进入睡眠模式
√
√
4 Mbit SPI MRAM 需要经过 tDP(3 µs)时间才能进入
睡眠模式。
注意
其功能完全相同。
WAKE(ABh)
退出睡眠模式
√
X
4 Mbit SPI F-RAM 不支持该指令。由于 SPI F-RAM
̅̅̅̅从高电平切换为低电平时被唤醒(而忽略从它的
在CS
输入端上发出的后续唤醒指令),因此从 MRAM 移
植到 F-RAM 时不需要更新软件。
RDID(9Fh)
读取器件 ID
X
√
4 Mbit SPI MRAM 不支持该特性。
状态寄存器兼容性
2.3
只有 4 Mbit SPI MRAM 和 SPI F-RAM 的功能完全相同时,才能访问状态寄存器。但是在两个器件间,状态寄存器所读
取的返回值中某些位的位置可能不一样。例如:SPI MRAM 状态寄存器中的“Don’t Care”(无需关注)位都是可写位,
它们的返回值可以是‘0’,也可以是‘1’;但是 SPI F-RAM 状态寄存器中的“Don’t Care”位都是只读位,并且返
回值只能是‘0’。 表 3 显示了两种器件的状态寄存器位定义以及它们的兼容性。
表 3. 状态寄存器比较
状态寄存器
SPI MRAM
(MR2xH40)
SPI F-RAM
(CY15B104Q)
注意
位0
无需关注
无需关注(0)
在 SPI F-RAM 中,该位是不可写的,并且读取时始终返回‘0’。在 SPI MRAM
中可以修改该位。
位1
WEL
WEL
其特性完全相同。
位2
BP0
BP0
其特性完全相同。
位3
BP1
BP1
其特性完全相同。
位4
无需关注
无需关注(0)
位5
无需关注
无需关注(0)
位6
无需关注
无需关注(1)
位7
SRWD
WPEN
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这些位在 SPI F-RAM 中都是只读位,读取时始终返回‘0’。在 SPI MRAM 中可
以修改这些位。
该位在 SPI F-RAM 中是只读位,读取时始终返回‘1’。在 SPI MRAM 中可以修
改该位。
其特性完全相同。
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将 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM (MR2xH40)替换为赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM(CY15B104Q)
器件规范的兼容性
2.4
本节的表 4 中列出了两种器件间的规范区别。从 4 Mbit SPI MRAM 移植到 4 Mbit SPI F-RAM 时,需要考虑这些区别,
以便通过调整系统参数使信号更完整、更节能并且使操作更可靠。然而,将 SPI MRAM 代替为 SPI F-RAM 前,有些数
据是用于担保系统级分析的。它们包括:输出负载、启动时间和电源变化(供电和断电)。
表 4. 器件规范比较
说明
SPI MRAM
(MR2xH40)
SPI F-RAM
(CY15B104Q)
VDD
供电电压
3.0 V 到 3.6 V
2.0 V 到 3.6 V
VIH
输入高电压
2.2 V 到
VDD + 0.3 V
0.7 x VDD 到
VDD + 0.3 V
参数
注意
直流参数
VIL
输入低电压
-0.5 V 到 0.8 V
-0.3 V 到 0.3 x VDD
SPI F-RAM 的工作电压范围较宽。
VDD = 3.0 V 时,SPI F-RAM 的 VIH(最小值)
= 2.1 V,这是它所具有的一项优势。
VDD = 3.0 V 时,SPI F-RAM 的 VIL(最大值)
= 0.9 V,这是它所具有的一个优势。对于 SPI
F-RAM,VIL(最小值)= - 0.3 V 比较小。
系统需要确保 F-RAM 输入引脚上的信号摆幅
不能低于 - 0.3 V。
2.4 V(最小值),
IOH = -4 mA;
VOH
VOL
输出高电压
2.4 V(最小值),
IOH = -1 mA;
从 4 Mbit SPI MRAM 移植到 4 Mbit SPI FRAM 时,不需要更改系统中任何典型配置。
但是,重新加载的系统总线必须确保 VOH 保持
在输入的逻辑电平范围内。
VDD-0.2 V(最小值),
IOH = -100 µA
VDD - 0.2 V
(最小值)
IOH = -100 µA
0.4 V(最大值),
IOL = +4 mA;
0.4 V(最大值),
IOL = +2 mA;
从 4 Mbit SPI MRAM 移植到 4 Mbit SPI FRAM 时,不需要更改系统中任何典型配置。
0.2 V(最大值),
IOL = +100 µA
0.2 V(最大值),
IOL = +150 µA
但是,重新加载的系统总线必须确保 VOL 值保
持在输入的逻辑电平范围内。
输出低电压
IDDR
读取时有效电流
17 mA,40 MHz
3 mA,40 MHz
与 SPI MRAM 相比,SPI F-RAM 进行读操作
时消耗的电流低 82%。
IDDW
写入时有效电流
42 mA,40 MHz
3 mA,40 MHz
与 SPI MRAM 相比,SPI F-RAM 进行写入时
消耗的电流低 93%。
ISB
待机电流
180 µA
250 µA
在待机模式下,SPI F-RAM 消耗的电流更大
(39%)。
IZZ
睡眠模式下的电流
40 µA
8 µA
在睡眠模式下,SPI F-RAM 消耗的电流更低
(80%)。
Hmax_write
写入过程中的最大磁场
12000 A/m
不适用
Hmax_read
读取或待机过程中的最大
磁场
12000 A/m
不适用
IOUT
每个引脚上的
直流输出电流
±20 mA
±15 mA
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SPI F-RAM 对磁场一点也不敏感,因此 FRAM 的数据在任意强度的磁场中都不会被损
坏。
这是器件的最大绝对额定值。在工作范围中,
该参数不会影响器件执行的任何操作。
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将 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM (MR2xH40)替换为赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM(CY15B104Q)
说明
SPI MRAM
(MR2xH40)
SPI F-RAM
(CY15B104Q)
注意
tDP
进入睡眠模式的时间
3 µs
不适用
̅̅̅̅从低电平
键入 SLEEP(睡眠)指令后,当CS
切换为高电平时,SPI F-RAM 将立即进入睡眠
模式。
tPU
启动时间(从 VDD 最小到
第一次访问)
400 µs
1000 µs
通常需要大于 1000 µs 的时间来启动主机控制
器。各系统需要检查 SPI F-RAM 中较长 tPU 时
间的影响,从而正确调整它们的时序参数。
tREC(tRDP)
从睡眠模式唤醒的时间
tRDP = 400 µs
tREC = 450 µs
各系统需要检查 SPI F-RAM 中较长唤醒时间
的影响,从而正确调整它们的时序参数。
参数
时序参数
SPI F-RAM 将该时序参数定义为最大规格,但
SPI MRAM 将它定义为最小规格。
输出禁用时间
tOD
tDIS = 12 ns(最小值)
tOD = 12 ns
(最大值)
该最大规格能保证器件在 12 ns 时间内释放输
出。该最小规格则确保了只有超过 12 ns 后器
件才会释放输出。
为某个系统提供该最大规格便能更好地确定可
以访问总线的时间。
电源参数
VWI
写入禁止的电压
2.2 V
不适用
VDD 下降低于 VDD 最小值时,将立即禁止访问
SPI F-RAM。
tVR
VDD 上电升降斜率
未指定
50 µs/V
系统必须确保 VDD 的电升降斜率符合该数据手
册中定义的规格。
tVF
VDD 断电升降斜率
未指定
100 µs/V
系统必须确保 VDD 断电升降斜率符合该数据手
册中定义的规格。
tPD
̅̅̅̅为高
从最后一次访问(CS
电平)到断电(VDD 最小)
的时间
未指定
0 µs
未给 SPI MRAM 定义该参数。访问完最后一
位后,SPI F-RAM 的电源会立即关闭。
注意 2:该表未列出的所有其他 AC/DC 参数均为等效的。
图 4. 4 Mbit SPI F-RAM 电源周期时序图
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将 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM (MR2xH40)替换为赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM(CY15B104Q)
图 5. 4 Mbit SPI MRAM 电源周期时序图
3
总结
将 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM(MR2xH40)替换为赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM(CY15B104Q)能够使系统的可
靠性更好,同时也可以节省能量。赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM 的标准引脚、封装配置、SPI 指令集(操作码)以及电
气兼容性等特性都更加简单。两个器件间差别都在本应用笔记中突出显示。需要考虑这些差异,但在大部分应用中通常
不用过于关注这些差异。
4
相关文档
4.1
应用笔记

AN304 — F-RAM™的 SPI 指南

AN87352 — F-RAM™在智能电子式电表中的应用
关于作者
姓名:
Shivendra Singh
职务:
首席应用工程师
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7
将 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM (MR2xH40)替换为赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM(CY15B104Q)
文档修订记录
文档标题: AN96592 – 将 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM (MR2xH40)替换为赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM (CY15B104Q)
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07/16/2015
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8
将 Everspin 的 4 Mbit SPI MRAM (MR2xH40)替换为赛普拉斯的 4 Mbit SPI F-RAM(CY15B104Q)
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9
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