Was ist SRAM? Tipps für das PCB-Design und wie man Datenverlust verhindert

SRAM verliert seine Daten, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.

Eine der besten Erfindungen in Bearbeitungssoftware ist die Autospeicherfunktion, die verhindert, dass Murphys Gesetz im schlimmsten Moment zuschlägt. Vor Jahrzehnten hätte ich fast geweint, als mehrere Seiten einer wichtigen Universitätsarbeit buchstäblich ausgelöscht wurden, da das Fehlen der Autospeicherfunktion durch meine Zurückhaltung, den ‚Speichern‘-Knopf zu drücken, noch verschlimmert wurde.

In der Elektronik riskieren Sie, alle in einem Static Random Access Memory (SRAM) gespeicherten Daten zu verlieren, wenn Sie sich der Herausforderungen beim Entwerfen mit einem SRAM bewusst sind. Dies kann zu unvorhersehbaren Betriebsweisen der Hardware führen, insbesondere wenn das SRAM kritische Variablen speichert.

Was ist SRAM und wie funktioniert es?

Das SRAM ist ein nicht-flüchtiger Speicher, der häufig im Embedded-System-Design verwendet wird. Es speichert Informationen in logischen Bits und behält den Wert bei, solange es mit einer Betriebsspannung versorgt wird. Sobald die Stromversorgung unterbrochen wird, wird das gesamte SRAM auf seinen Standardwert zurückgesetzt, der in der Regel logischen 1en entspricht.

Das Innere eines SRAM besteht aus mehreren Zellen. Die Zellen enthalten bistabile Flipflops, die von einigen Transistoren gesteuert werden. Wenn Informationen in bestimmten Adressen gespeichert werden, werden einige der Flipflops entsprechend verriegelt, um den digitalen Wert der Daten darzustellen.

Trotz der Unfähigkeit des SRAM, Informationen bei abgeschalteter Stromversorgung zu behalten, wird es regelmäßig in Designs verwendet, die zusätzlichen Arbeitsspeicher benötigen. Im Vergleich zu anderen flüchtigen Speicherkomponenten wie Flash und EEPROM hat der SRAM eine vernachlässigbare Lesezugriffszeit und die Daten können auf zufälligen Speicheradressen geschrieben werden.

Wie bei anderen elektronischen Komponenten hat sich der SRAM im Laufe der Jahre verbessert. Vorbei sind die Tage, an denen SRAM eine massive Komponente mit über 40 Pins war und der parallele Adressbus noch eine beliebte Schnittstelle war. Die heutigen Speicherhersteller produzieren SRAM mit seriellen Schnittstellen wie SPI und I2C, was den Formfaktor drastisch auf bis zu 8 Pins reduziert.

Wichtige Überlegungen beim Entwerfen mit einem SRAM

Einem SRAM-Design zusätzliche Überlegungen zu widmen, könnte einen großen Unterschied machen.

Das Design mit einem SRAM mag auf den ersten Blick wie eine einfache Aufgabe erscheinen. Schließlich, was könnte so schwierig daran sein, mit einem Speicherchip mit niedriger Pinanzahl zu arbeiten? Nun, die Erfahrung hat mich gelehrt, dass tatsächlich viele Dinge schiefgehen können. Von der Teileauswahl bis zu Problemen nach der Produktion können zahlreiche Probleme auftreten. Hier sind einige Tipps für PCB-Designer auf Anfängerniveau:

Speicherkapazität

Sollten Sie den SRAM mit der höchsten Kapazität wählen? Oder einen auswählen, der den Projektanforderungen entspricht? Dies ist eine Frage, die Firmware-Entwickler eher beschäftigt als Hardware-Designer. Speicherhersteller führen üblicherweise SRAMs mit unterschiedlichen Kapazitäten im gleichen physischen Gehäuse ein. Das bedeutet, dass Sie Ihr Design nicht ändern müssen, wenn sich die Wahl der Speicherkapazität ändert.

Schnittstellentyp

Die beliebtesten Schnittstellen, die von SRAM verwendet werden, sind SPI und I2C. SPI benötigt vier physische Pins, um Daten zu schreiben und zu lesen, während I2C nur zwei physische Datenverbindungen benötigt. Generell bietet SPI einen schnelleren Zugriff, benötigt aber ein individuelles Steuersignal für jeden einzelnen IC auf dem SPI-Bus. I2C ist ideal, wenn Sie mehrere Speicherchips mit dem Mikrocontroller verbunden haben, da es nur ein Daten- und ein Taktsignal benötigt.

Entkopplungskondensator

Mit innovativen nichtflüchtigen Speichern wie Flash und FRAM ist es unwahrscheinlich, dass Sie ein batteriegestütztes SRAM entwerfen werden. Obwohl dies sicherlich die SRAM-Entwicklung erleichtert, bedeutet es nicht, dass Sie die Bedeutung einer stabilen Stromversorgung übersehen können. Stellen Sie immer sicher, dass ein Entkopplungskondensator so nah wie möglich am Vcc-Pin des SRAM platziert wird. Das Letzte, was Sie wollen, ist eine Datenkorruption aufgrund von Strominstabilität. Ein Entkopplungskondensator hilft auch, Probleme mit dem Ground Bounce zu verhindern.

Signalbahnen

Befolgen Sie die besten PCB-Praktiken, um die Datenintegrität zu wahren.

Ob Sie ein SPI, I2C oder ein paralleles SRAM verwenden, Sie möchten sicherstellen, dass keine Verzögerungsprobleme bei der Ausbreitung die Daten während des Schreibens oder Lesens verfälschen. Das bedeutet, die üblichen Best Practices gelten: Route Datenleitungen parallel zueinander und weit entfernt von anderen Hochfrequenzleitungen.

Erdungsfläche

Eine großzügige Fläche der Erdungsfläche unter dem SRAM kann die Stabilität der Komponente erhöhen. Es kann auch helfen, elektromagnetische Störungen von einer externen Quelle zu verhindern, die das SRAM beeinflussen. Sie können leicht eine solide Erdungsfläche mit dem Polygon-Werkzeug von Altium platzieren.

Die Verwendung von PCB-Layout-Software wie Altium Designer^® hilft Ihnen, nahtlos zu routen, Datenverlust zu verhindern und unnötige Probleme wie Instabilität oder Interferenzen zu vermeiden. Wenn Sie weitere nützliche Tipps für SRAM in Ihrem PCB-Design benötigen, sprechen Sie noch heute mit einem Altium-Experten.