记忆体是任何电子系统/应用的整合元件。记忆体可大致分成挥发性记忆体（关闭电源后资料就会流失），以及非挥发性记忆体（关闭电源后资料仍能保存）。常见的挥发性记忆体包括SRAM（静态随机存取记忆体）、DRAM（动态随机存取记忆体）等。常见的挥发性记忆体包括EEPROM、快闪记忆体等。

结合SRAM功能与非挥发性储存能力的记忆体，能在系统中发挥许多优点。现今许多应用需要快速且非挥发特性的记忆体元件。许多记忆体技术都提供这样的解决方案。其中包括NVSRAM、BBSRAM、FRAM、以及MRAM。

本文简单介绍NVSRAM的特性与工作原理，并比较NVSRAM与其他提供类似解决方案的记忆体。协助研发业者研判何种记忆体技术适合其设计专案。在详细探讨NVSRAM的技术与应用之前，本文将先快速比较目前竞争市场主流地位的技术。

主流记忆体技术介绍

NVSRAM提供非挥发性的储存能力，在电源关闭时将SRAM的内容移动至SRAM内部相对应的非挥发性储存单元。 BBSRAM（电池备份SRAM）则是在电源关闭时，切换至锂电池来保存SRAM中的资料。 FRAM（铁电随机存取记忆体）让铁电晶体中的电场维持相同的方向，借以保存资料。 MRAM（磁阻RAM）使用磁性极化技术来永久保存资料。表一是这些技术的重要参数比较。

NVSRAM技术介绍

非挥发性静态随机存取记忆体（NVSRAM）是一种高速、高效能的非挥发性记忆体，结合高速SRAM与非挥发性单元的特性。资料储存在每个SRAM单元中内建的非挥发性单元里。

NVSRAM目前有16 kbit与4Mbit等版本。这些NVRAM具备业界最快的存取速度,达15ns至45ns,支援商业与工业温度范围。 NVSRAM采用SSOP、SOIC、以及TSOP等小型化封装。

《图一 NVSRAM模块图表》

图一显示一个1Mbit NVSRAM的模块图示。如图中所示，位址线路（A0–A16）、资料线路（DQ0–DQ7）、以及控制线路（/OE、/CE与/WE）提供和高速SRAM完全相同的介面。在AutoStore自动储存作业时，Power Control电源直接模块用来侦测电源VCC的变化。 STORE/RECALL Control模块用来支援硬体储存作业，运用/HSB针脚支援RECALL作业。软体侦测模块用来支援软体的STORE与RECALL作业。

NVSRAM运作时唯一需要的外部元件就是连结至VCAP针脚的电容。这个电容在开机状态时，由电源电压来充电。这个充电程序提供AutoStore自动储存所需的能源（在关闭电源时将SRAM的资料传送到非挥发性元件）。

元件介面

NVSRAM的介面类似标准非同步SRAM，唯一的差别只有多出几个专属的针脚。在一般的读写作业方面，NVSRAM的存取方式和SRAM完全相同。三个控制讯号/CE（Chip Enable）、/OE（Output Enable）与/WE（Write Enable）和SRAM的使用方式完全相同，对元件进行读出与写入的作业。

《图二 NVSRAM与SRAM接口的比较》

图二为NVSRAM与SRAM在介面上的相似处。如上图所示，相较于非同步SRAM，唯一多出的针脚只有VCAP与/HSB。

元件运作

NVSRAM 内含两个功能元件，以成对的模式嵌入在同一个单元中。就是SRAM记忆体单元以及非挥发性单元。 SRAM中的资料可传送至非挥发性单元（STORE作业），或从非挥发性单元传送至SRAM（RECALL作业）。这项独特架构让所有单元能以同步模式进行储存与读取。在STORE 与RECALL作业中，SRAM的读取与写入作业都被禁止执行。 NVSRAM和典型的SRAM一样，支援无上限的读取与写入作业。此外它还提供无限制的RECALL与50万次STORE储存作业。

SRAM读取

每当/CE与/OE处在低电位，而/WE与/HSB处在高电位时，NVSRAM就会执行READ作业。系统会根据位址针脚指定的位址，进行资料存取的动作。在存取时间，系统会持续配合位址的改变，输出相对应的资料，控制输入的针脚不必进行转换，直到/CE或/OE切换至高电位，或/WE与/HSB切换至低电位为止。

SRAM写入

每当/CE与/WE处在低电位，且/HSB处在高电位时，就会执行WRITE写入作业。输入的位址必须保持稳定，系统才能进行WRITE写入作业，直到周期结束/CE或/WE切换至高电位为止。

STORE作业

SRAM的资料可透过以下三种储存作业，储存至非挥发性元件。这些作业包括：

自动储存作业

AutoStore自动储存作业是NVRAM的一项独特功能,元件在预设模式下就能执行这项功能。

在正常作业时，元件会从VCC撷取所需的电流，并对连结至VCAP针脚的电流进行充电。储存的电荷会用来让晶片执行一次STORE储存作业。若VCC针脚的电压下降到不足以让元件进行作业时，元件就会自动切断VCAP针脚与VCC的连结。此时VCAP电容提供的电源，会用来启动STORE储存作业。 AutoStore作业会在12.5ms（最大值）内完成。

硬体储存作业

NVSRAM让/HSB针脚能控制与感测STORE储存作业。 /HSB针脚可用来要求硬体STORE储存作业。当/HSB针脚处在低电位时，NVSRAM会启动一个储存程序。在最后一次STORE或RECALL程序之后，只有当WRITE写入SRAM作业开始时，才会进行实际的储存程序。 /HSB针脚也扮演一个开放汲极趋动器，在进行储存（由任何方式启动）程序时，由低电位状态从内部趋动。

在任何储存作业时，不论如何启动，NVSRAM会持续将/HSB针脚切换至低电位，只有在储存作业完成后才会释出。

软体储存作业

系统可透过软体定址程序，把资料从SRAM传送至非挥发性记忆体。 NVSRAM的软体储存程序是由执行/CE控制的读取作业来启动，按次序从六个指定位址来执行。在储存作业时，曾先删除前一个非挥发性记忆体内的资料，之后再从非挥发性元件执行一个程式。当启动储存作业时，会暂时中止输入与输出的作业，直到完成整个程序为止。

RECALL读回作业

备份在非挥发性元件中的资料，可利用两种RECALL作业，传送到SRAM记忆体。

自动读回（启动电源时的读回）作业

在启动电源时，或在任何低电位状态，会启动内部读回要求。当VCC再次超过最低运作电压时，系统就会自动启动一个读回程序。

软体读回程序

系统可透过一个软体定址程序，把资料从非挥发性记忆体传送到SRAM。软体读回程序是透过一个读取作业来启动，其模式类似软体储存启动作业。

过程（连结至非挥发性元件的储存程序次数）

NVSRAM的SRAM元件提供无上限的读取与写入周期。 NVSRAM并能保证非挥发性元件最少能执行50万次的储存程序。

资料保存

NVSRAM的非挥发性元件能保存资料20年以上。

锁定的应用

以下举一个应用例子，介绍NVSRAM提供的效能优势。

《图三 远程终端设备》

工业自动化（RTUs）

发电厂、水资源管理站、炼油厂、与其他工业厂房，都含有大量的机具，遍布在大面积的厂区。

远端终端设备（图三），或RTU（图四），会遍置于厂区各处，建构出SCADA监控与资料撷取系统。 RTU的目的是量测像是压力、流量、电压、或电流等数据。例如，若应用在水资源管理站，RTU模组可量测水槽的水量，根据水量决定要注水或排水。也可设定警讯值，在超出警戒值时向主站台送出警讯。

《图四 RTU模块》

RTU是采用CPU基础的模组，需要快闪与SRAM记忆体来进行一般的处理作业。这些模组也使用内建的即时时脉与监控元件来追踪即时事件。例如，当水槽必须储存超出设定值的水量连续三小时，监控计时器可用来向管理人员发出提醒的警讯。

在标准SRAM中运用Cypress nvSRAM解决方案，搭配即时时脉与监控计时器。这样的设计就不需要额外的元件，系统不仅能节省电路板空间，还能降低材料清单成本。此外，这些模组可应用在各种极严苛的环境。 Cypress的nvSRAM 具备优异的抗ESD（静电放电）能力，能在摄氏零下40度至摄氏85度的环境中使用。

---作者S. Vinayaka Babu为Cypress赛普拉斯记忆体与成像部门产品行销工程师；Pramodh Prakash为赛普拉斯记忆体与成像部门应用工程师---