SRAM là gì? Mẹo thiết kế PCB và Cách ngăn chặn mất dữ liệu

SRAM sẽ mất dữ liệu khi nguồn điện bị ngắt.

Một trong những phát minh tốt nhất trong phần mềm chỉnh sửa là tính năng lưu tự động, giúp ngăn chặn Luật Murphy tác động vào những lúc tồi tệ nhất. Cách đây hàng thập kỷ, tôi gần như đã khóc khi vài trang của bài tập lớn quan trọng tại trường đại học bị xóa sạch, bởi vì sự không tồn tại của tính năng lưu tự động càng trở nên tồi tệ hơn bởi sự ngần ngại của tôi trong việc nhấn nút ‘Lưu’.

Trong lĩnh vực điện tử, bạn có nguy cơ mất toàn bộ dữ liệu được lưu trữ trong Bộ Nhớ Truy Cập Ngẫu nhiên Tĩnh (SRAM), nếu bạn nhận thức được những thách thức khi thiết kế với SRAM. Điều này có thể gây ra các hoạt động không lường trước được của phần cứng, đặc biệt nếu SRAM lưu trữ các biến số quan trọng.

SRAM là gì và Làm thế nào nó hoạt động?

SRAM là một loại bộ nhớ không dễ bay hơi, thường được sử dụng trong thiết kế hệ thống nhúng. Nó lưu trữ thông tin dưới dạng bit logic và giữ giá trị miễn là được cung cấp điện áp hoạt động. Một khi nguồn điện bị ngắt, toàn bộ SRAM sẽ được đặt lại về giá trị mặc định, thường tương đương với logic 1s.

Bên trong một SRAM được cấu tạo từ nhiều ô nhớ. Các ô nhớ này chứa các flip-flop hai trạng thái được điều khiển bởi một cặp transistor. Khi thông tin được lưu trữ tại các địa chỉ cụ thể, một số flip-flop sẽ được khóa theo để biểu diễn giá trị số của dữ liệu.

Dù SRAM không thể giữ thông tin khi mất điện, nó vẫn thường xuyên được sử dụng trong các thiết kế đòi hỏi bộ nhớ làm việc phụ. So với các thành phần bộ nhớ biến mất khác như Flash và EEPROM, SRAM có thời gian truy cập đọc không đáng kể và dữ liệu có thể được viết vào các địa chỉ bộ nhớ ngẫu nhiên.

Giống như các thành phần điện tử khác, SRAM đã được cải tiến qua các năm. Đã qua rồi cái thời SRAM là một thành phần khổng lồ với hơn 40 chân và bus địa chỉ song song vẫn là một giao diện phổ biến. Ngày nay, các nhà sản xuất bộ nhớ sản xuất SRAM với các giao diện nối tiếp như SPI và I2C, giảm kích thước đáng kể xuống còn thấp như 8 chân.

Những Điều Cần Xem Xét Khi Thiết Kế Với SRAM

Việc suy nghĩ kỹ lưỡng về thiết kế SRAM của bạn có thể tạo ra sự khác biệt lớn.

Thiết kế với SRAM có vẻ như là một nhiệm vụ đơn giản. Dù sao, điều gì có thể khó khăn khi thiết kế với một chip bộ nhớ có số chân ít? Tuy nhiên, kinh nghiệm đã dạy tôi rằng, thực tế có nhiều vấn đề có thể xảy ra. Từ việc chọn linh kiện đến vấn đề sau sản xuất, một số lượng đáng kể vấn đề có thể gặp phải. Dưới đây là một số lời khuyên để giúp những người thiết kế PCB ở cấp độ mới bắt đầu:

Dung lượng bộ nhớ

Liệu bạn có nên chọn SRAM có dung lượng cao nhất? Hay chọn một cái phù hợp với yêu cầu dự án? Đây là một câu hỏi làm phiền những người phát triển firmware hơn là những người thiết kế phần cứng. Các nhà sản xuất bộ nhớ thường giới thiệu SRAM với các dung lượng khác nhau trong cùng một gói vật lý. Điều này có nghĩa là bạn không cần phải thay đổi thiết kế của mình khi lựa chọn dung lượng bộ nhớ thay đổi.

Loại giao diện

Các giao diện phổ biến nhất được sử dụng bởi SRAM là SPI và I2C. SPI yêu cầu bốn chân vật lý để viết và đọc dữ liệu trong khi I2C chỉ yêu cầu hai kết nối dữ liệu vật lý. Nói chung, SPI cung cấp tốc độ truy cập nhanh hơn nhưng yêu cầu một tín hiệu điều khiển riêng lẻ cho mỗi IC trên bus SPI. I2C là lý tưởng khi bạn có nhiều chip bộ nhớ kết nối với vi điều khiển vì nó chỉ yêu cầu một tín hiệu dữ liệu và tín hiệu đồng hồ.

Tụ bù

Với những bộ nhớ không biến mất như Flash và FRAM, khả năng bạn sẽ thiết kế một SRAM có hỗ trợ pin là không cao. Mặc dù điều này chắc chắn làm cho việc thiết kế SRAM trở nên dễ dàng hơn, nhưng điều đó không có nghĩa là bạn có thể bỏ qua tầm quan trọng của nguồn cung cấp điện ổn định. Luôn đảm bảo rằng một tụ điện giảm xung được đặt càng gần chân Vcc của SRAM càng tốt. Điều cuối cùng bạn muốn là sự hỏng hóc dữ liệu do sự không ổn định của nguồn điện. Một tụ điện giảm xung cũng giúp ngăn chặn các vấn đề liên quan đến sự nảy sóng của mặt đất.

Đường Dẫn Tín Hiệu

Áp dụng các phương pháp tốt nhất của PCB để duy trì tính toàn vẹn dữ liệu.

Dù bạn đang sử dụng SPI, I2C hay SRAM song song, bạn sẽ muốn đảm bảo rằng không có vấn đề trễ lan truyền nào làm hỏng dữ liệu trong khi nó được ghi hoặc đọc. Điều này có nghĩa là các phương pháp tốt nhất thông thường được áp dụng: định tuyến các tín hiệu dữ liệu song song với nhau và xa các đường dẫn tần số cao khác.

Mặt Đất

Một khu vực mặt đất rộng lớn dưới SRAM có thể giúp tăng cường sự ổn định của linh kiện. Nó cũng có thể giúp ngăn chặn sự can thiệp từ sóng điện từ từ nguồn bên ngoài ảnh hưởng đến SRAM. Bạn có thể dễ dàng đặt một mặt đất rắn với công cụ đa giác từ Altium.

Sử dụng phần mềm bố trí PCB như Altium Designer^® giúp bạn định tuyến một cách liền mạch, ngăn chặn mất dữ liệu và tránh những vấn đề không cần thiết như bất ổn hay nhiễu. Nếu bạn cần thêm mẹo hữu ích với SRAM trong thiết kế PCB của mình, hãy nói chuyện với một chuyên gia Altium ngày hôm nay.