AT21CS01串行EEPROM与竞品的对比

　　虽然大多数内存研发项目致力于提升内存容量和降低成本，但仅需极少量内存的一种新型内存应用已经崛起。“智能”设备的发展表明，嵌入式系统越来越需要一种能够存储少量系统信息的方法。

　　此类存储内容可能包括设备和系统ID、制造信息、校准数据、序列化数据或其它任何可有效用作系统元数据的类似信息。容量需求通常在1K比特左右。但关键是，由于这些内存所提供的能力可能被视为管理功能或开销，而不是对系统功能的直接贡献，它们的尺寸和功耗必须做到绝对的最小化，这样才能防止额外功能导致系统超出其功耗和尺寸要求。

　　为满足上述需求，一种新型串行EEPROM（SEEPROM）已经问世。Atmel的AT21CS01是该领域的最新成员，它可以自行供电，只需两个引脚，而且与同类内存相比，能够在更低的功耗和电压水平上运行。本文将探讨AT21CS01的能力，并将其与主要竞品进行对比。

　　与众不同的特性

　　AT21CS01的主要优势源于其所需的最小的引脚数量、自行供电能力以及其存储单元非凡的存储可靠性。

　　双引脚接口

　　AT21CS01只需两个引脚，其中一个是接地引脚。这意味着，包括供电在内的所有功能都由SI/O引脚提供。该引脚是一个开漏信号，依赖一个作为上拉电阻的外部电阻。AT21CS01扮演从器件角色，另一个器件处理器则扮演主器件角色。主从器件都能驱动SI/O引脚或对其值进行采样。线路驱动和采样的时序实现了无需其它信号的通信协议。

　　最多8个AT21CS01能够与一个主器件共享一个SI/O引脚 。每个从器件通过一个3位从器件地址与其它器件区分开来，这些地址由Atmel在工厂测试时编入器件中。用户可以使用一个唯一的部件号购买一个指定的从器件地址，以确保共享SI/O 线路的每一个从器件都拥有唯一的地址。

　　

　　图1. 一个处理器最多可寻址 8个SEEPROM从器件。一个SEEPROM输入通过上拉电阻RPUP兼作电源。

　　

　　读写AT21CS01所用的协议非常类似于常见的I2C协议，以至于现有的I2C驱动程序代码经过很少的修改就能使用。所需的改变仅有：

　　· 在协议结构层，I2C器件ID被一个操作码和器件地址的组合替代。

　　· 在物理层，需要进行一些改变，这是因为，虽然I2C是一种双信号（SDA和SCL）协议，但AT21CS01只使用一个信号（SI/O）。时序由从器件在内部决定。

　　自行供电

　　用于传输协议的引脚也被用作器件的电源引脚。由于该引脚在通信期间经常被下拉，一个电源管理电路将对内部电容器充电，以便能在SI/O 信号电平处于低位的短时间内提供电源。如果SI/O 信号电平处于低位的时间较长，内部电容器的电量将会耗尽。这就是需要时复位器件的方法。

　　

　　图2.SI/O信号通过上拉电阻RPUP驱动内部逻辑和电源管理电路，后者提取电能并将其存储在一系列电容器中（图中仅显示一个电容器）。一个上拉电阻可服务多个器件。

　　

　　器件可由低至1.7 V的上拉电压供电，该值为同类最低。最大电流也非常小，仅为500 µA（写操作）、300 µA（读操作） 和2.5µA（空闲时）。

　　卓越的耐用性

　　EEPROM存储单元有一个由擦写次数决定的使用寿命，被称为耐用性。大多数EEPROM的耐用性为1万次-20万次。为了延长使用寿命，耐用性较低的器件需要使用复杂的“磨损均衡”算法确保所有存储单元能够以大致相同的速度老化。

　　与此相比，AT21CS01的耐用性高达100万次。这一超高耐用性意味着不需要采用任何磨损均衡算法，从而简化了器件，为架构赋予了更好的空间、粒度和安全性。

　　与竞品SEEPROM的对比

　　AT21CS01的所有重要参数均优于竞品。以下各节详细列出了这些参数，并将它们与Maxim DS2431、TI BQ2022A和Microchip 11A010的参数进行了对比。

　　接口

　　AT21CS01拥有一个单引脚接口（加上接地引脚）。该接口协议在I2C的基础上建模，简化了对现有I2C驱动程序代码的修改。在物理层，各项操作自动同步，从而省却了时钟类信号。竞品拥有各种专有方案，它们都需要定制的驱动程序代码。Microchip的产品还需要一个单独的VCC引脚。

　　

　　功耗

　　AT21CS01拥有同类最低功耗。空闲时，电流只用于监测单线通信活动，并为驱动器件的电容器充电，通常仅为700 nA或更低。

　　

　　耐用性/保留时间

　　耐用性是指一个存储单元在实现额定保留时间的同时可被写入的次数。保留时间是指一个存储单元能够在所有运行条件下存储其状态并被可靠读取的时间长度。这些参数可有效确定器件的使用寿命。

　　

　　* 鉴定测试。

　　**OTP：单次可编程。编程一次后，器件不能被重写。

　　架构和安全防护

　　AT21CS01的主内存阵列分为四个区，每个区的内容可被永久锁定，以防止擅自更改应该永不改变的数据。

　　

　　* OTP：单次可编程；根据其定义，所有存储单元被永久锁定。对任何存储单元均不能编程。

　　序 号

　　AT21CS01配有一个与主内存阵列分开的安全性寄存器。该寄存器的前64位是一个工厂编程的序号，用于唯一标识该器件，而且可用于标识一个模块或系统。该序号不能被重写。提供一个CRC码，用于提高可靠性。

　　

　　用户可编程的安全性寄存器空间

　　安全性寄存器的16个高位字节可由用户编程，用于定义专有系统序号等。如果需要的话，这些数据还能被永久锁定，以防被重写。

　　

　　最低上拉工作电压

　　对更低的系统能耗的需求可通过降低工作电压部分满足。与最小工作电压较高的器件相比，最小工作电压较低、电流也较低的器件消耗的能量较少。请注意，只有最接近的竞品需要一个额外的VCC引脚。

　　

　　编程电压

　　为了支持编程，EEPROM存储单元需要较高的电压，接近12 V。AT21CS01可利用低压电源在内部生成任何所需电压。无法在内部自行生成电压的任何器件都将需要一个额外的12V外部电源。

　　

　　静电放电（ESD）防护

　　由于AT21CS01非常适合小巧的便携设备，它必须能够抵御静电，该器件具备强大的防护能力，符合IEC 61000-4-2 Level 4 ESD标准，最大可抵御±8kV接触放电和±15kV空气放电。　
　

　　数据读出速率

　　AT21CS01的设计目标是支持系统管理功能（而非运行功能），某些系统可能要求足够高的数据读出速率，以免妨碍运行功能。AT21CS01提供两个数据速率选项：常规（15.4 kbps）和高速（125 kbps）。

　　

　　总结

　　AT21CS01的所有参数均占据优势。下表汇总了上述对比。这些优势使得AT21CS01成为全新系统设计的首选单线SEEPROM。

　　

　　* 鉴定测试。

　　**OTP：单次可编程。编程一次后，器件不能被重写。
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