AN43593 Storage Capacitor (VCAP) Options for Cypress nvSRAM (Chinese).pdf

AN43593
赛普拉斯 nvSRAM 的存储电容(VCAP) 选项
作者:Harsha Medu
相关项目:无
相关器件系列:CY14xxxxx
软件版本:无
相关应用笔记:无
AN43593 讨论了赛普拉斯 nvSRAM 的存储电容(VCAP)选项的选择标准。本文档还提供了几个合适的电容示例的列表作为
指导。
简介
自动存储操作
nvSRAM 架构使用了存储器单元中的某个一一对应的关联
非易失性位和一个快速 SRAM 位。在正常的操作过程中,
IC 的作用是一个标准的快速异步 SRAM,并且很容易能够
与微处理器或微控制器相连接。当 IC 电源被破坏或断开时,
将检测此事件,并在 8 ms 的时间内使用小型电容(VCAP)
中存有的能量将所有的 SRAM 位保存到非易失性部分中。
该操作被称为‘AutoStore’(自动存储),并在下一节进
行详细地说明。恢复电源时,会自动从非易失性部分中将数
据回读到 SRAM 内,该操作被称为‘Power-Up RECALL’
(上电回读)或‘Hardware RECALL’(硬件回读)。
图 1 显示的是用于自动存储操作的存储电容 (VCAP)的连
接情况。
图 1. 自动存储模式
本应用笔记讨论了选择合适的存储电容作为 VCAP 使用的各
种选项。虽然我们在本应用笔记中已经列出了一些型号的电
容器件作为示例,但应注意该列表只是一个示例列表,并不
包括所有供应商的全部器件。因此,当选择一个合适的电容
时,推荐参考各个供应商目录。
注意:̅̅̅̅̅
WE引脚和上拉电阻只适用于并行 nvSRAM。
在正常工作时,器件从 VCC 吸收电流,用以向 VCAP 引脚连
接的电容充电。芯片使用该存储的电荷执行单个存储操作。
如果 VCC 引脚的电压下降到低于最小阈值(VSWITCH),器
件将自动断开 VCAP 引脚与 VCC 间的连接,并将它连接到内
部电路板。通过 VCAP 电容提供的电源触发存储操作。下面
各节介绍的是 VCAP 电容所需的特性。
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1
赛普拉斯 nvSRAM 的存储电容(VCAP)选项
电压额定值
存储电容
类型
有各种不同类型的电容,如:氧化铌、钽、电解质、薄膜、
多层陶瓷电容以及聚合物的铝电解质电容。请根据电容在各
个温度范围中工作的可靠性和稳定性,选择下面四种类型中
的一种。




氧化铌电容
钽电容
通过一个内部充电的电路板,VCAP 为 VCC 充电。因此,应
设定 VCAP 的值高于器件中 VCC 的最大值。在一些较新的
nvSRAM 器件(如 16 Mbit 大小的 nvSRAM)的设计中都
有一个内部电荷泵电路,它可以将 VCAP 引脚的电压提升到
5 V,从而能够使用较低的 VCAP 为自动存储操作提供必要的
电荷。在一般情况下,6.3 V 的额定电容可以满足 nvSRAM
器件上所有 VCC 范围内的 VCAP 额定电压。电容的额定电压
越高,其可靠性也越好,比如:额定电压为 6.3 V 的电容适
用于 VCC 为 2.5 V 和 3 V 的器件,10 V 额定电压的电容适
用于 VCC 为 5 V 的器件。
聚合物的铝电解质电容
等效串行电阻(ESR)
多层陶瓷电容(MLCC)
电容具有以下主要特性。确定适合 nvSRAM 的 VCAP 时应考
虑下面各条件。
当电容运行于特定条件(如高频率、高电流或高温度)时,
其等效串联电阻(ESR)起着关键作用。与耦合和去耦电
容不同,存储电容不能在高频率或高温度的条件下运行。因
此,在器件操作过程中,它的 ESR 的影响不是很重要。即
使 ESR 值不限制电容的选择,但仍推荐使用大小为  1 Ω
的 ESR。断电时,存储电容 VCAP 将为自动存储电流 (数
据手册中的 ICC4)供电,并且由于它的串行电阻较低,因此
可以支持更多的运作容限。请参考串行电阻对 VCAP 引脚的
影响。

(VCAP - %容差) VCAP 的最小值
电流充电

(VCAP + %容差) VCAP 的最大值
通过一个充电电路可以使用 VCC 为 VCAP 充电。充电电流峰
值一般约为 70 mA。最大的充电电流小于最大的浪涌电流,
制造商已经测试了这些电容。在不同处理过程、电压和温度
等条件下,nvSRAM 中的最大充电电流不能超过 350 mA。
注意:上述建议不限于任何一种能作为 VCAP 的电容。符合
VCAP 规范(如:数值、直流额定电压)的所有电容类型均
可用。选择 VCAP 时,必须考虑到应用的工作条件。
主要特性
为 VCC 充电的存储电容(VCAP)必须提供足够的电源供自
动操作使用。充电过程所用时间也要适当短— 必须在上电
回读操作完成前进行充电。这些要求分别决定了电容的最小
值和最大值。典型值应该是 VCAP 的最小值(含 10%容差),
这样可保证自动存储操作正常进行。对于指定范围内的所有
值,nvSRAM 的性能是相同的。
下面显示的是一些密度的典型值。




4 Mbit 并行
68 µF ± 10%
8 Mbit 并行
150 µF ±10%
16 Mbit 并行
22 µF ± 10%
64 Kbit 串行
47 µF ± 10%
有关最大值和最小值,请参考器件的数据手册。请参考
VCAP 的最大值。
电容选择指南
表 1 总结了 VCAP 的最小值,可将该值使用于 nvSRAM 系列
的多个不同电容范围。例如,对于数据手册中从 61 μF(最
小值)到 180 μF(最大值)的 VCAP 规范,典型值显示为
68 μF,因为 68 μF ± 10%是应用中可使用的最小电容值。
请注意,只要电容值(净容差)处于规范限制内,所有处于
最小值/最大值范围内的电容值(亦即 68 μF、100 μF 或
150 μF)都会以同样的方式执行的。
如果一个系统使用两个或更多 nvSRAM,那么可以经 VCAP
引脚组合在一起连接一个存储电容。存储电容值必须为组合
nvSRAM 所需的单独存储电容值的和。请参考 VCAP 引脚的
组合。
容差
容差是选择电容时需要考虑的重要因素。容差最大的电容值
应介于 VCAP 的最小值和最大值之间。
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2
赛普拉斯 nvSRAM 的存储电容(VCAP)选项
表 1. 电容选择指南
[1]
电容类型
参数
氧化铌电容
钽电容
聚合物的
铝电解质电容
多层陶瓷电容[2]
nvSRAM 的
3 V 的器件
6.3 V / 10 V[3]
6.3 V / 10 V[3]
6.3 V / 10 V[3]
6.3 V / 10 V[3]
VCAP 额定电压
5 V 的器件
10 V / 16 V[3]
10 V / 16 V[3]
10 V / 16 V[3]
10 V / 16 V[3]
±20%
±10%
±20%
±20%
±20%
100 µF
68 µF
100 µF
100 µF
100 µF
220 µF
150 µF
220 µF
220 µF
2 x 100 µF[4]
68 µF
47 µF
68 µF
68 µF
100 µF
33 µF
22 µF
33 µF
33 µF
33 µF
容差
对于数据手册规范,
VCAP = 61 µF ~ 180 µF
(典型值为 68 µF)
对于数据手册规范,
VCAP = 122 µF ~ 360 µF
(典型值为 150 µF)
最小的额定电容值
对于数据手册规范,
VCAP = 42 µF ~ 180 µF
(典型值为 47 µF)
对于数据手册规范,
VCAP = 19.8 µF ~ 82 µF
(典型值为 22 µF)
注释:
1.
从制造商的网站和其他相关网站上收集的数据。
2.
陶瓷电容具有直流偏置灵敏度 — 即直流偏置电压会降低电容值。因此,考虑到直流偏置电压对电容值的影响,应选择额定电压较高的电容
或容值较高的电容。请参考供应商提供的技术文档,了解直流偏置的特性。
3.
电容的额定电压越高,其可靠性越强。 例如,在任何应用中,与额定电压为 68 µF/6.3 V 的电容相比,额定电压为 68 µF/10 V 的电容提供
的可靠性更强。
4.
MLCC 提供了高容值范围的有限选项;因此,为了满足高容值的要求,可并联各电容以获得需要的电容值。
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3
赛普拉斯 nvSRAM 的存储电容(VCAP)选项
推荐的电容
[5]
下面的表 2、表 3、表 4 和表 5 提供了当选择了 nvSRAM 的存储电容 (VCAP)时,可供参考的一些电容详情。 该列表并不详
细,仅作为指导使用。因此,当选择合适的电容时,推荐参考各个供应商的目录。
表 2. 针对典型电压 VCAP = 68 µF 的电容选项
制造商
制造商器件型号
电容类型
电容值
电压
额定值
容差
封装
AVX 公司
TAJB686K006RNJ
钽
68 µF
6.3 V
±10%
3528-21(EIA)
基美(Kemet )公司
T491C686K006AT
钽
68 µF
6.3 V
±10%
3528-21(EIA)
威世(Vishay)公司
TR3C686K6R3C0200
钽
68 µF
6.3 V
±10%
6032-28(EIA)
基美(Kemet )公司
T491C686K010AT
钽
68 µF
10 V
±10%
6032-28(EIA)
威世(Vishay)公司
TR3B686K010C0900
钽
68 µF
10 V
±10%
3528-21(EIA)
威世(Vishay)公司
TR3C686K010C0225
钽
68 µF
10 V
±10%
6032-28(EIA)
基美(Kemet )公司
T491C686K016AT
钽
68 µF
16 V
±10%
6032-28(EIA)
AVX 公司
TAJC686K016RNJ
钽
68 µF
16 V
±10%
6032-28(EIA)
基美(Kemet )公司
T491C686K016AT
钽
68 µF
16 V
±10%
6032-28(EIA)
AVX 公司
NOJB107M006RWJ
氧化铌
100 µF
6.3 V
±20%
3528-21(EIA)
AVX 公司
NOJC107M006RWJ
氧化铌
100 µF
6.3 V
±20%
6032-28(EIA)
AVX 公司
NOJD107M006RWJ
氧化铌
100 µF
6.3 V
±20%
7343-31(EIA)
AVX 公司
NOJD107M010RWJ
氧化铌
100 µF
10 V
±20%
7343-31(EIA)
基美(Kemet )公司
T491B686M006AT
钽
100 µF
6.3 V
±20%
3528-21(EIA)
基美(Kemet )公司
T491C107M010AT
钽
100 µF
10 V
±20%
6032-28(EIA)
AVX 公司
TPSB107M010R0400
钽
100 µF
10 V
±20%
3528-21(EIA)
AVX 公司
TPSC107M010R0100
钽
100 µF
10 V
±20%
6032-28(EIA)
基美(Kemet )公司
A700D107M006ATE018
聚合物的铝电解质
100 µF
6.3 V
±20%
7343-31(EIA)
TDK 公司
CKG57NX5R1C107M
MLCC
100 µF
16 V
±20%
6.50 mm x 5.50 mm
x 5.50 mm
AVX 公司
TAJC157K006RNJ
钽
150 µF
6.3 V
±10%
6032-28(EIA)
AVX 公司
TAJC157K010RNJ
钽
150 µF
10 V
±10%
6032-28(EIA)
基美(Kemet )公司
B45197A3157K409
钽
150 µF
16 V
±10%
7343-31(EIA)
注释:
5.
从制造商的网站和其他相关网站上收集的数据。
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4
赛普拉斯 nvSRAM 的存储电容(VCAP)选项
表 3. 针对典型电压为 VCAP = 150 µF 的电容选项
制造商
制造商器件型号
电容类型
电容值
电压额定值
容差
封装
AVX 公司
TAJC157K006RNJ
钽
150 µF
6.3 V
±10%
6032-28(EIA)
AVX 公司
TAJC157K010RNJ
钽
150 µF
10 V
±10%
6032-28(EIA)
基美(Kemet )公司
B45197A3157K409
钽
150 µF
16 V
±10%
7343-31(EIA)
Panasonic - ECG 公司
EEFUE0J181R
聚合物的铝电解质
180 µF
6.3 V
±20%
7343-43(EIA)
AVX 公司
NOSD227M006R0100
氧化铌
220 µF
6.3 V
±20%
7343-31(EIA)
基美(Kemet )公司
B76006V2279M045
钽
220 µF
6.3 V
±20%
7343-20(EIA)
基美(Kemet )公司
B45196H2227M409
钽
220 µF
10 V
±20%
7343-31(EIA)
AVX 公司
TAJE227M016RNJ
钽
220 µF
16 V
±20%
7343-43(EIA)
基美(Kemet )公司
A700X227M006ATE015
聚合物的铝电解质
220 µF
6.3 V
±20%
7343-43(EIA)
表 4. 针对典型电压为 VCAP = 47 µF 的电容选项
制造商
制造商器件型号
AVX 公司
TAJB476K006RNJ
威世(Vishay)
TR3B476K6R3C0550
AVX 公司
TAJB686M006RNJ
威世(Vishay)公司
TR3B686M6R3C0650
AVX 公司
电容类型
电容值
电压额定值
容差
封装
钽
47 µF
6.3 V
±10%
3528-21(EIA)
钽
68 µF
6.3 V
±20%
6032-28(EIA)
NOJC686M006RWJ
氧化铌
68 µF
6.3 V
±20%
6032-28(EIA)
AVX 公司
NOJC686M010RWJ
氧化铌
68 µF
10 V
±20%
6032-28(EIA)
威世(Vishay)公司
TR3B686M010C1500
钽
68 µF
10 V
±20%
3528-21(EIA)
基美(Kemet )公司
A700V686M006ATE028
聚合物的铝电解质
68 µF
6.3 V
±20%
7343-20(EIA)
AVX 公司
12106D107KAT2A
MLCC
100 µF
6.3 V
±10%
3225-12
Murata 公司
GRM31CR60J107ME39
MLCC
100 µF
6.3 V
±20%
3216-16
基美(Kemet )公司
C1210C107M9PAC
MLCC
100 µF
6.3 V
±20%
3225-21
TDK 公司
C3225X5R0J107MT
MLCC
100 µF
6.3 V
±20%
3225-25
MLCC
100 µF
6.3 V
±20%
MLCC
100 µF
10 V
±20%
Taiyo Yuden 公司
Taiyo Yuden 公司
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JMK325ABJ107MM
JMK325BJ107MY
LMK325ABJ107MM
文档编号:001-92046 版本*A
3225-25
3225-20
3225-25
5
赛普拉斯 nvSRAM 的存储电容(VCAP)选项
表 5. 针对典型电压 VCAP = 22 µF 的电容选项
制造商
制造商器件型号
基美(Kemet )公司
T494C226K010AT
威世(Vishay)公司
TR3C226K010C0400
AVX 公司
电容类型
电容值
电压额定值
容差
封装
钽
22 µF
10 V
±10%
6032-28(EIA)
NOJC336M006RWJ
氧化铌
33 µF
6.3 V
±20%
6032-28(EIA)
AVX 公司
NOJC336M010RWJ
氧化铌
33 µF
10 V
±20%
6032-28(EIA)
基美(Kemet )公司
T494C336M010AT
钽
威世(Vishay)公司
33 µF
10 V
±20%
6032-28(EIA)
TR3C336M010C0375
基美(Kemet )公司
A700V336M006ATE028
聚合物的铝电解质
33 µF
6.3 V
±20%
7343-20(EIA)
Murata 公司
GRM31CR60J476ME19L
MLCC
47 µF
6.3 V
±20%
3216 度量
Murata 公司
GRM31CR61A476ME15L
MLCC
47 µF
10 V
±20%
3216 度量
Murata 公司
GRM32ER61A476ME20L
MLCC
47 µF
10 V
±20%
3225 度量
TDK 公司
C3225X5R1A476M
MLCC
47 µF
10 V
±20%
3225-25
基美(Kemet)公司
C1206C476M8PAC
MLCC
47 µF
10 V
±20%
3225 度量
总结
赛普拉斯 nvSRAM 是一个最可靠的非易失性 SRAM 的解决
方案,它的非易失性操作只需要使用较小的外部电容
(VCAP )即可进行。本应用笔记提供了电容的电气要求,
并列出了一些电容类型和容值。该电容列表并不详尽,只是
作为选择 VCAP 的指导使用。除了这里列出了各电容外,还
有很大的空间选项。根据所需要的大小、成本、可靠性以及
其他特性(这些特性会影响系统),您可选择合适的 VCAP
电容。nvSRAM 器件的操作不受这些特性的影响。
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关于作者
姓名:
Harsha Medu
职务:
应用工程师
联系方式:
medu@cypress.com
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6
赛普拉斯 nvSRAM 的存储电容(VCAP)选项
VCAP 引脚的组合
附录 A
VCAP 的最大值
VCAP 的最大值很容易得到,但要确定其最小值则比较难。
这是因为指定可以在 tHRECALL 的时间内(在大多数器件中该
时间均为 20 ms)访问 nvSRAM。 tHRECALL 是 nvSRAM 在
上电回读后完成启动序列并准备好执行访问做需要的时间。
该上电复位规范保证了对 VCAP 充电,使其达到足够高的电
压以确保即使上电占用的 tHRECALL 时间后立即断电,器件仍
能够完成存储操作。如果使用的电容值超过 VCAP 规范,可
能在 tHRECALL 期间 VCAP 的电压不够大。如果用户所使用的
电容值超过最大值,则需要确保在上电时经过 tHRECALL 时间
后再对 nvSRAM 进行第一次访问,以保证电容的电压足够
大。根据经验,当使用的值超过了最大 VCAP 值的 10%时,
请在开始访问 nvSRAM 前延长 1 x tHRECALL 的时间。
例如,如果 nvSRAM 器件的额定电容值为 VCAP = 180 µF,
但您想使用 220 µF 的电容而不是使用 180 µF 的电容(即
已超过最大值的 22%),此时,应经过 3.2 x tHRECALL
(tHRECALL + 2.2 x tHRECALL)的时长才能进行第一次访问
nvSRAM。因为从 VCAP (最小值)到 VCAP (最大值)的范
围大约为 3x,所以所有应用中的电容大小无需超过 VCAP 的
最大值。
如果在一个系统中使用了两个以上的 nvSRAM,nvSRAM
允许其存储电容(VCAP)引脚组合起来。可以将两个或多
个 nvSRAM 的单独 VCAP 引脚连接在一起以便连接一个单独
的存储电容,而不是每个 nvSRAM 的 VCAP 引脚都使用单独
存储电容。该组合原理图可以节省电路板空间并降低材料表
(BOM)成本。当将 nvSRAM VCAP 引脚组合起来时,通过
添加单独 nvSRAM 相应的 VCAP 最小和最大额定值来确定组
合 VCAP 引脚的存储电容的最小值和最大值。
例如,如果一个系统采用了两个 4 Mbit 大小的 nvSRAM
(其 VCAP 最小和最大额定值分别为 61 µF 和 180 µF,那么
这两个组合 VCAP 引脚的存储电容的最小值和最大值应当分
别为 2 x 61 µF(122 µF)和 2 x 180 µF(360 µF)。同样,
如果一个系统采用了 N 个 4 Mbit 大小的 nvSRAM,那么 N
个组合 VCAP 引脚的存储电容的最小值和最大值分别为 N x
61 µF 和 N x180 µF。
在这些情况下,不能使用已组合的 nvSRAM VCAP 引脚:
1.
系统使用两个以上的器件,且每个 nvSRAM 都连
接的是不同的 VCC 供电电源。此时,组合的 VCAP
不可用,因为每个 nvSRAM 都会根据其 VVCAP 最
大额定值将储能电容充电到不同的电压,从而导致
电容充电的冲突。
2.
如果两个或多个 nvSRAM 都被连接到同一个 VCC
电源,而它们的 VVCAP(器件在 VCAP 引脚上驱动
的最大电压)规范有不一样,那么组合的 VCAP 引
脚不可用。使用一个片上电压倍频器电路进行设计
新版本的 nvSRAM 器件(如 CY14x116x)可以减
少 VCAP 引脚上存储电容的大小,当 CY14x104x
器件给该电容充电到 VCC 最大值时,VCAP 引脚将
被充电到 5 V。因此,对于 CY14B116L 和
CY14B104LA 器件,即使这两个器件都被连接到
同一个 3 V 的电源,也不要将 VCAP 引脚连接在一
起。
串行电阻对 VCAP 引脚的影响
串行电阻会降低分配给存储电路的电压,在自动存储期间给
该电路提供大小为 VCAP 的电压。比如,在 1 Mbit 的
nvSRAM 内(ICC4 = 5 mA),一个 10 Ω 的串行电阻会将
VCAP 引脚上的电压降低 50 mV。针对下面的原因,降低电
压是很重要的:自动存储操作是在一个阈值(VSWITCH)以
下开始进行的;假设它的起始电压为 2.4 V。存储在电容的
电荷会为存储操作提供它所需的 5 mA(ICC4)的电流。
当执行存储操作时,VCAP 引脚上的电压会被降低。需要
8 ms(tSTORE)的时间进行存储操作。在该期间,VCAP 引脚
上的电压不会下降到低于正常存储操作所需要的最小电压。
如果假设正常存储操作需要的最小电压为 1.9 V,则存储操
作应在 VCAP 引脚上产生 500 mV 的电压降(即 2.4 V 减去
1.9 V)期间完成。
根据经验,仅在组合的 nvSRAM VCC 被连接到同一个电源,
且所有 nvSRAM 都有相同的 VVCAP 额定电压时,才能够将
多个 nvSRAM 组合在一起。
如果在 VCAP 引脚上放置了一个串行电阻,则由于串行电阻
在 VCAP 引脚上引起压降,因此自动存储电路会在较低的电
压下开始执行,并在较短的时间内得到充电。在该示例中,
根据 10 Ω 电阻上的压降来将 500 mV 的工作范围降低
50 mV 到 450 mV。1 Ω 的电阻只能使有效的电压范围降低
5 mV。请注意,这些电平会因处理、电压和温度(PVT)
等条件的不同而变化,这些并不是数据手册的规格。所说明
的值只是为了帮助了解器件的操作。
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赛普拉斯 nvSRAM 的存储电容(VCAP)选项
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文档标题:赛普拉斯 nvSRAM 的存储电容(VCAP)选项 — AN43593
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*A
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赛普拉斯 nvSRAM 的存储电容(VCAP)选项
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