智能電表用高可靠性EEPROM

近年來(lái)，世界各國(guó)開(kāi)始發(fā)展智能電網(wǎng)，智能電表是由傳統(tǒng)電能表逐步發(fā)展起來(lái)的，它在智能電網(wǎng)中是重要的智能終端。

圖1 智能電表示例

智能電表為用戶與電力系統(tǒng)架起互動(dòng)的橋梁，主要由通信、電源及電源管理、計(jì)量及存儲(chǔ)等功能模塊組成。智能電表涉及數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)客戶信息全時(shí)段全方位采集，需要使用安全可靠的存儲(chǔ)器。針對(duì)智能電表市場(chǎng)應(yīng)用特點(diǎn)，上海貝嶺推出了以BL24C512B為代表的一系列高可靠性可擦除可編程非易失存儲(chǔ)器。

圖2 EEPROM在智能電表系統(tǒng)上的應(yīng)用

一、 BL24C512B技術(shù)特點(diǎn)

1. 高可靠性：數(shù)據(jù)擦寫(xiě)次數(shù)大于400萬(wàn)次，數(shù)據(jù)保持時(shí)間超過(guò)100年。

2. 寬電壓范圍：支持電壓范圍為1.7V~5.5V。

3. 高頻低壓：支持最高可達(dá)1MHz的高速I(mǎi)IC通信， 1MHz高頻率IIC通信的前提下最低工作電壓可達(dá)2.5V。

4. 超高擦寫(xiě)效率：內(nèi)部寫(xiě)周期(twr)典型值為1.9ms，可有效縮短編程時(shí)間，有利于提高數(shù)據(jù)擦寫(xiě)效率。

5. 超低功耗：靜態(tài)功耗典型值為0.03μA (5.0V)、寫(xiě)操作功耗典型值為0.28mA(5.0V、400kHz)、讀操作功耗典型值為0.14mA(5.0V、400kHz)。

6. 耐高溫、耐低溫：工作溫度范圍可達(dá)-40℃至125℃，存儲(chǔ)溫度范圍可達(dá)-65℃至150℃。

7. 抗靜電：ESD保護(hù)最大可達(dá)8000V(HBM)。

8. 支持字節(jié)寫(xiě)、頁(yè)寫(xiě)、部分頁(yè)寫(xiě)、隨機(jī)讀、序列讀功能，內(nèi)部數(shù)據(jù)地址自動(dòng)遞增。

9. 支持硬件寫(xiě)保護(hù)(WP管腳)。

二、 BL24C512B創(chuàng)新性

1. 芯片內(nèi)部設(shè)有與電壓大小相關(guān)電壓的檢測(cè)電路和控制高壓上升速率的檢測(cè)電路。芯片能夠進(jìn)行擦寫(xiě)的理想電壓為15.5V，然而實(shí)際的升壓過(guò)程中電壓浮動(dòng)較大，由于內(nèi)置了電壓檢測(cè)電路可以將高壓精準(zhǔn)的控制在15.5V，保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的準(zhǔn)確性。同時(shí)為了提高芯片的可靠性，獲得更長(zhǎng)的工作壽命，芯片內(nèi)部增加了控制高壓上升速率的檢測(cè)電路，使高壓上升時(shí)間不小于100μs，減小了對(duì)電路內(nèi)部相關(guān)器件的損耗，使芯片能夠更長(zhǎng)久地為客戶服務(wù)。

2. 增加ECC(ECC：ECC校驗(yàn)，Error Checking &Correcting)的功能，即存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)糾錯(cuò)功能，它是比較先進(jìn)的存儲(chǔ)芯片錯(cuò)誤檢查和更正的手段，按照對(duì)信源的處理方式ECC可以分為線性分組碼和卷積碼，用于存儲(chǔ)芯片的是線性碼，如下表所示。

上海貝嶺的BL24C512B存儲(chǔ)芯片采用Hamming碼的編碼類(lèi)型，它的“數(shù)據(jù)位的位數(shù)n”和“校驗(yàn)位的位數(shù)k”的取值需要滿足如下關(guān)系：

因?yàn)槊恳晃坏男ｒ?yàn)碼都是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)位進(jìn)行異或運(yùn)算產(chǎn)生，所以每一位的校驗(yàn)碼其實(shí)是反映了相對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)位上數(shù)據(jù)的奇偶個(gè)數(shù)，一旦有某個(gè)數(shù)據(jù)位發(fā)生變化，奇偶個(gè)數(shù)將發(fā)生變化對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)位將發(fā)生變化。最多支持檢驗(yàn)兩位的錯(cuò)誤，糾正一位錯(cuò)誤。

在存儲(chǔ)芯片當(dāng)中，最小的數(shù)據(jù)單位就是“比特(bit)”，也叫數(shù)據(jù)“位”，8個(gè)連續(xù)的比特是一個(gè)字節(jié)(Byte)，不帶ECC功能的存儲(chǔ)芯片每個(gè)字節(jié)只有8位，若它的某一位存儲(chǔ)出了錯(cuò)誤，就會(huì)使其中存儲(chǔ)的相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)生改變而導(dǎo)致應(yīng)用程序發(fā)生錯(cuò)誤。而帶有ECC功能的存儲(chǔ)芯片，當(dāng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)生讀寫(xiě)錯(cuò)誤時(shí)，ECC功能可以檢查錯(cuò)誤并進(jìn)行糾正，以提高數(shù)據(jù)的完整性和芯片的可靠性，保證系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。智能電表涉及數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)，對(duì)客戶信息全時(shí)段全方位采集，故確保數(shù)據(jù)信息免受各種干擾以及系統(tǒng)的可靠運(yùn)行顯得十分重要。