加固性的进步增强了内存模块设计

嵌入式系统设计人员历来拥有有限的存储器产品，适用于需要在恶劣的高冲击和振动条件下运行的应用。这是因为内存技术的进步及其相关的标准双列直插式内存模块（DIMM）和小轮廓DIMM（SODIMM）外形尺寸在很大程度上是由PC，电信和服务器市场需求推动的。为这些市场应用设计的存储器模块通常不符合关键的嵌入式应用规范，这些规范必须允许空间受限的布局，同时还要提供高可靠性和高性能，并在恶劣或恶劣的环境中长期运行。在嵌入式市场中，存储器产品必须支持较长的产品生命周期，并且还具有成本效益。

一些内存模块供应商专注于嵌入式市场的需求，并继续发展内存技术进步。存储器供应商通过各种标准组走到一起，在商用存储器模块方面取得这些进步，使嵌入式系统设计人员能够访问各种容量的坚固型设备。这种标准化还带来了多个供应商一致可用性的额外好处，这有助于OEM加快上市时间，同时降低整体系统成本和项目风险。

在坚固耐用的内存技术方面取得长足进步

存储器技术创新为嵌入式系统 OEM 提供了各种坚固耐用的选项，包括扁平的模块设计、纠错码 （ECC）、散热、扩展温度操作以及添加热传感器来监控模块温度。

嵌入式系统 OEM 将双倍数据速率三型 （DDR3） SODIMM 内存模块作为坚固耐用的嵌入式系统设计的支柱。除了 DDR3 的耐用性之外，我们还采用了新的低功耗、低耗散 DDR3L 内存模块，解决了嵌入式系统设计的关键挑战。JEDEC 规定，运行内存温度超过 +85 °C 的系统必须将 DDR3 自刷新率提高一倍。DDR3L 内存模块通过选择最低的总电流、采用散热铜浇注方法 PCB 设计、减少芯片数量以及利用 1.35 V DDR3 动态随机存取存储器 （DRAM） 来解决双刷新率要求。与当前的 DDR3 设计相比，DDR3L 内存每个模块可节省高达 +10 °C 的温度，并消除了双刷新率要求。基于供应商的测试表明，根据所使用的组件，DDR3L模块有助于显著降低功耗，从而有助于提高性能（见表1）。

表 1：Virtium 内部测试数据显示，根据所使用的组件，OEM 厂商可以使用 8 GB ECC 内存模块实现高达 50% 的功耗降低。

刀片 VLP 是高度为 18.75 毫米的 JEDEC 标准 VLP 的低剖面 （17.78 毫米） 替代品。将 DDR3 VLP 内存模块的高度降低到更薄的 17.78 mm，解决了许多电信和网络应用中的空间受限限制，在这些应用中，很难容纳行业标准 DIMM 或 Mini DIMM 插座以及标准 VLP 所需的内存。这种方法允许设计人员降低使用多个内存模块的系统以及必须在+85°C以上运行的系统的总功耗，这是各种基于AdsentialTCA的电信和以太网刀片交换机网络应用中的典型设计挑战。

电信和网络刀片系统的设计人员通常面临严格的系统高度限制。此外，这些系统需要在内存模块顶部留出空间，以启用气流以实现有效的热量管理。采用高度较低的 DDR3L VLP 内存模块有助于改善气流并提供低剖面，使 OEM 能够提供可靠性更高的产品，从而降低总拥有成本。特定的 DDR3L VLP 模块还提供单刷新率，这对于最大限度地提高高温系统的性能至关重要。

多种方法有助于加固

为了帮助 OEM 满足对振动、温度或其他恶劣环境条件的极端要求，内存供应商提供了制造技术进步，例如用于加固 DDR3 SODIMM 模块的侧固定夹。这些通用适应性强的夹子可以很容易地在各种应用中实现。在最近的过去，设计人员通常仅限于较弱的商业级固定夹，以保持内存模块就位。在某些情况下，这些保持架可能会弹出打开并导致系统级故障。其他涉及安装孔的替代方案需要对主板进行大量修改，这通常会导致基于COTS的非标准设计无法充分解决问题。

此外，OEM可以利用底部填充选项，为标准FR-4 PCB上填充的组件提供更高的抗冲击性，保形涂层是另一种符合MIL-I-46058C标准的选择，以提供增强的环境退化保护。

除了机械增强之外，OEM还可以进行许多电气升级，包括扩展温度筛选和老化，以及添加热传感器来监控模块温度。设计人员通常可以从内存模块中的三个温度选项中进行选择：

工业温度：-40 °C 至 +95 °C

扩展温度：-25 °C 至 +95 °C

标准温度：0 °C 至 +95 °C

测试对于确保模块符合温度规格至关重要。因此，定义一组标准的温度测试参数以及存储器供应商与OEM合作以根据特定设备和测试时间需求调整测试方法非常重要。嵌入式系统通常执行任务关键型操作，因此在建立测试定义并完成验证后，建议根据定义的计划对内存模块进行100%测试。

确保扩展温度操作的最佳测试方法是通过使用客户主板或在具有相同芯片组和设置的经批准的主板上进行生产测试来完成。这些测试也可以使用专门开发的烤箱进行，这些烤箱与大多数嵌入式主板外形尺寸相匹配，从而能够以完整的系统性能进行温度测试。

系统 测试 对于 捕获 使用 标准 测试 系统 无法 发现 的 ECC 错误 等 缺陷 非常 关键。重要的是要注意，根据应用或系统规格，系统级测试可能还需要使用Temtronic ThermoStream单元进行，以满足低至-45°C的温度要求，或者在+85°C环境温度下使用低温烘箱进行测试长达12小时。

对内存模块中 DRAM 故障模式的分析已确定，可靠性欠佳的 DRAM 组件在使用后的前三个月往往会出现故障。随着较新的DRAM发展到更小的工艺几何形状，包含弱位（单个单元中的微观缺陷）的芯片可能会有更大的风险。这不足以导致DRAM完全故障，但在初始现场操作开始后的几周内可能会出现单比特错误。

使用老化期间测试 （TDBI） 有助于消除任何潜在的早期故障，并提高内存产品的整体可靠性。虽然大多数DRAM芯片在芯片级经历静态老化，但TDBI提供了一种更全面的测试方法，在模块级实施24小时老化测试，同时在模块在压力条件下动态运行和检查测试模式。各种内存制造商进行的研究表明，使用TDBI腔室可以将早期故障减少多达90%。

新标准和外形规格

JEDEC和小型特殊兴趣小组（SFF-SIG）等多个行业组织积极参与当今嵌入式系统的存储设备标准化。标准化带来了来自多个供应商的一致可用性的额外好处，这有助于OEM加快上市时间，同时降低整体系统成本和项目风险。

ECC已成为嵌入式系统的中流砥柱。但是，JEDEC 成员最初并不认识到在 SODIMM 外形上开发 DDR2 规范时需要适应 ECC，因为当时大多数笔记本电脑芯片组都不支持 ECC。看到对可以在嵌入式系统中更快的 DDR2 内存模块上实现的 ECC 的需求，Virtium 赞助了 JEDEC 中的 ECC SODIMM 规范，该规范现已扩展到 DDR3 和 DDR4 模块。

SFF-SIG 的 XR-DIMM 规范是存储器器件的另一个示例，旨在满足嵌入式系统在过度冲击和振动条件下可靠运行的需求。这些系统的设计人员需要一个外形小巧、极其坚固的 DDR3 模块。该标准将设计人员从商业级产品以前的限制中解放出来，这些产品需要焊接，带子，胶水或系紧物来固定模块。

通过 SFF-SIG 工作的维塔、瑞士比特和 LiPPERT 嵌入式计算机之间的合作产生了一个引脚定义的模块，该模块的引脚定义与 DDR3 标准 DIMM 非常相似。引脚定义利用高性能 240 针 SMT 连接器系统，该系统使用带螺钉附件的支座将 XR-DIMM 内存模块牢固地固定在主板上。此外，引脚定义包括一个SATA接口，用于开发包含DDR3和NAND闪存的双功能模块，以便从单个插槽实现存储器和固态驱动器存储的组合。计划未来采用 SATA 和 DDR3 模块组合标准。

满足坚固耐用的内存要求

虽然对加固型嵌入式设备的需求持续上升，但内存模块供应商继续进行技术进步和相关制造改进，以满足OEM的需求。DDR3 冗余、DDR3L 和扁平化 DDR3L 都是有助于满足坚固内存要求的新技术示例。这些进步解决了许多设计挑战，包括低功耗、增强的散热和扩展的温度容差，同时提供当今复杂嵌入式系统所需的性能。

XR-DIMM 和 ECC 的 SODIMM 标准也有助于推进坚固耐用的内存产品的现成供应。此外，设计人员可以使用底部填充侧保持夹和保形涂层制造选项以及先进的测试方法，以帮助确保设计坚固。

在坚固耐用的嵌入式系统设计中保持最高可靠性和可用性的挑战将继续存在，但内存模块的进步将跟上这些要求的步伐，帮助实现OEM的持续竞争力和未来的创新。

审核编辑：郭婷