FRAM使安全氣囊系統(tǒng)更加智能化
隨著汽車設(shè)計要求復(fù)雜性的提高,柵極懸空存儲器工藝的局限性越來越明顯。例如,編程工藝要用幾ms,對安全性很關(guān)鍵的應(yīng)用這一時間太長了。對事故中出現(xiàn)的這種電源快速斷電情況,柵極懸空器件能成功存儲的信息幾乎沒有。
編程工藝對絕緣層也是破壞性的,因此,這類器件的寫耐久性有限,通常為100,000~1,000,000個寫操作。例如,在乘員傳感器中,對這一上限值,其數(shù)據(jù)更新就太頻繁了。假如寫操作的典型要求是每秒1次,柵極懸空的器件工作不到12天就會毀壞。將數(shù)據(jù)緩沖到RAM中,再在掉電時寫進柵極懸空的非易失性存儲器會使EDR出現(xiàn)速度問題,不是一個真正的解決方案。
在智能安全氣囊系統(tǒng)中,在碰撞事故中存儲數(shù)據(jù)不僅必要,而且在事故前存儲碰撞前的數(shù)據(jù)也很值得。使用輪詢記錄方法存儲碰撞前數(shù)據(jù)最理想,但是對柵極懸空器件,這一方案證明是有問題的,原因是其耐久性有限。由于安全氣囊模塊用來儲存能量以起爆安全氣囊的電容很大,因此也會留有足夠的剩余能量以在爆管起爆后從緩沖器寫數(shù)據(jù)。能夠?qū)懙臄?shù)據(jù)量受可用能量的限制,就是說與電容器中殘留能量和被寫存儲器的速度有關(guān)。典型的2K字節(jié)的柵極懸空存儲器件寫速度大約為4字節(jié)/5ms。因此,完整寫柵極懸空存儲器件要花1s以上的時間。
使用FRAM是一種方案,其FRAM的高耐久性和高速度能同時有效解決這兩個問題。Ramtron的FRAM工藝將鐵電材料和標準半導(dǎo)體芯片設(shè)計及制作工藝結(jié)合在一起,生產(chǎn)非易失性存儲和模擬/混合信號產(chǎn)品。這些產(chǎn)品將高速讀/寫性能、幾乎無限的寫耐久性和靜態(tài)RAM(SRAM)的低功耗,以及在電源丟失情況下標準RAM工藝所無法達到的安全存儲數(shù)據(jù)的功能結(jié)合在一起。
FRAM電池采用工業(yè)標準的互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝制作,在兩個電極板間的鐵電晶體形成電容,類似于DRAM電容的結(jié)構(gòu)。與易失性存儲器給電容器充電來存儲數(shù)據(jù)的方式不同,F(xiàn)RAM是將數(shù)據(jù)存儲在鐵電晶體內(nèi)部。
給鐵電晶體加上電場時,中心原子就向電場方向移動,隨著原子移動到晶體內(nèi)部,它穿過勢壘,產(chǎn)生電荷尖峰信號。內(nèi)部電路感測此電荷尖峰信號并復(fù)位存儲器。如果將電場從晶體上移開,中心原子就呆在原位,保存存儲器狀態(tài)(見圖3)。
鐵電薄膜位于CMOS基極層上,夾在兩層電極間。金屬互連和鈍化使工藝更完善(見圖4)。
因此,F(xiàn)RAM存儲器不需要周期性刷新,當(dāng)電源出故障時,仍能保持數(shù)據(jù)。FRAM存儲器速度很快,事實上它也不會用壞。這些特性使它適合以足夠的間隔寫數(shù)據(jù),確保能保存下正確的狀態(tài)。例如,16K位(2K字節(jié))的器件能在相當(dāng)?shù)偷碾娫聪略?.3ms內(nèi)寫入。另外,對工作壽命為25,000小時的器件,每秒能更新10,000次(每100μs寫1次)。
Hyundai Autonet最近決定在其下一代智能安全氣囊系統(tǒng)中采用非易失性鐵電隨機存取存儲器(FRAM)器件,這一舉措表明,對在安全性很關(guān)鍵的應(yīng)用中采用FRAM工藝優(yōu)點,領(lǐng)先的汽車系統(tǒng)供應(yīng)商的認可度日益增長。在這一方面,Hyundai Autonet也加入到美國、亞洲、日本和歐洲已經(jīng)選擇了FRAM工藝的其他8家汽車制造商中,提供“智能”型安全氣囊系統(tǒng)和相關(guān)碰撞事故數(shù)據(jù)記錄儀。(end)
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