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.ex-cimer.com/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)。快速SRAM在作為高速處理器的直接接口高速緩存或高速暫存擴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。快速SRAM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：