Nichtflüchtige SRAM Speicher eine innovative Lösung für verlustleistungsarme autonome Sensorsysteme. Andreas Scade

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Andreas Förstner
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1 Nichtflüchtige SRAM Speicher eine innovative Lösung für verlustleistungsarme autonome Sensorsysteme Andreas Scade

2 Inhalt 1. Was ist ein nvsram 2. Unterschied nvsram / Flash / EEPROM 3. nvsram Programmierung 4. Herausforderung: nvsram Skalierung 5. Sensor Memory Controller 6. Anwendungen 7. Zusammenfassung / Ausblick Anvo-Systems Dresden GmbH 2

3 Was ist ein nvsram Vcct VRCL VSE VSTR Vgnd Flash / EEPROM Speicherzelle Transfer Transistor Vcci VBl Vpwr VWl VWl Klassische SRAM Bit Zelle VBlc dt dc + Nutzung als Sense Amp Vgnd Vssi Vorteil: keine Hochspannung an pn-knoten und Substrat notwendig Anvo-Systems Dresden GmbH

4 Unterschied nvsram / Flash / EEPROM Zwei Memories in einem CMOS Technologie mit nur zwei zusätzlichen Ebenen Keine Hochspannung im Memory Array Standard SRAM Interface unbegrenztes schnelles Lesen- und Schreiben extrem schnelles Speichern der Daten durch hohe Parallelität Schaltung zur Überwachung der Betriebsspannung Während des Betriebes wird Energie dynamisch gespeichert, die bei Betriebsspannungsausfall zum sicheren Speichern reicht Anvo-Systems Dresden GmbH 4

5 nvsram Programmierung VCCT VRCL VSE VSTR WL VCCI VSSI BT Tri-Gate Tri-Gate SONOS Transistors 3V 11V S1 dt BC dt Knoten auf Vcci Spannungspegel S1 Knoten auf Vcci-Vtn VSE wird auf Programmierspannung erhöht, S1 Knoten koppelt auf Vcci-Vtn+Csonos/CS1*VSE mit Spannungsdifferenz 11V Spannungsdifferenz 3V durch Leckströme (pn-, DIBL, GIBL) verringert sich die Spannung an SONOS1 Knoten Der gelöschte Knoten wird Programmiert Write Disturb!!! SRAM Cell Anvo-Systems Dresden GmbH 5

Optimierung: Programmieren und Rücklesen Over erase Write disturb Rücklesen des gesamten Speichers (einige Million Bits) Log(Ids) programmiert Over erase Write

6 Optimierung: Programmieren und Rücklesen Over erase Write disturb Rücklesen des gesamten Speichers (einige Million Bits) Log(Ids) programmiert Over erase Write disturb Programmieren des SONOS Transistors 1µA 100n 10n 1n gelöscht Lesestrom Flash/EEPROM Anwendung Recall Strom nvsram Ugs Anvo-Systems Dresden GmbH 6

7 Potentialverteilung beim Programmieren Strukturerstellung durch Prozesssimmulation Elektrische Parameter durch Bauelementesimmulation Anvo-Systems Dresden GmbH 7

8 Sensor Memory Controller RFID-Interface ADU (>12 Bit) Memory 2/3 SRAM und 1/3 Flash / EEPROM Analogteil zur Spannungsüberwachung Power Steuerung Programmierspannung Digital Steuerung Kommunikation Test Programmierung Prozessor Anvo-Systems Dresden GmbH 8

9 Anwendungen Kosteneffizienter skalierbarer Ansatz auf der Basis eines Standard FAB Prozesses Adaptierbares System Kostengünstig durch wenige zusätzliche Masken RAM / nvram µp Interface (I2C, SPI), Sensoren /Aktoren Testunterstützung Antennen ADC Anvo-Systems Dresden GmbH 9

10 Anwendungen Hochgeschwindigkeitskontroller für Sensoren ( > 50 MHz) Transponder Daten Logger Sichere und nichtmanipulierbare Datenerfassungssysteme Datenübertragung mit Verschlüsselung und Überwachung Medizintechnik Strahlungsresistentes Speicherprinziep Reprogrammierbar durch das Energiefeld zur Datenübertragung Anvo-Systems Dresden GmbH 10

Anwendungen intelligentes Hüftimplantat -Lösung zur Überprüfung der Dauerhaftigkeit einer Prothese im menschlichen Körper - Eine mechanische Anregung wird durch Sensoren gemessen und ausgewertet.

11 Anwendungen intelligentes Hüftimplantat -Lösung zur Überprüfung der Dauerhaftigkeit einer Prothese im menschlichen Körper - Eine mechanische Anregung wird durch Sensoren gemessen und ausgewertet. - Die Energie wird durch das elektromagnetische Feld zur Datenübertragung bereitgestellt. - Völlig neu ist die Möglichkeit der Neu- und Umprogrammierung eines Implantats ohne erneute Transplantation. Source: Fraunhofer Institut Photonische Mikrosysteme Dresden, Intelligent sensors Anvo-Systems Dresden GmbH 11

12 Zusammenfassung Es wurde ein skalierbarer, kostengünstiger Waferprozeß für nichtflüchtige SRAM mit wenigen Zusatzschritten implementiert. Die Prozeßschritte wurden mit Prozeß- und Bauelementesimmulation optimiert. Auf Grundlage dieses Prozesses wurde ein nvsram / Mikrocontroller Chip als Basis für Sensorsysteme entwickelt. Neue Eigenschaften, wie geringer Energieverbrauch beim Programmieren und hohe Arbeitsgeschwindigkeit verleihen dem System neue Eigenschaften und Eröffnen ein breites Anwendungsfeld. Durch hinzufügen weiterer Komponenten zur Signalaufbereitung und Energieversorgung entsteht ein vollständiges Sensorsystem Anvo-Systems Dresden GmbH 12

13 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Anvo-Systems Dresden GmbH Zur Wetterwarte 50 Haus 337/B Dresden Tel.: Fax: Anvo-Systems Dresden GmbH 13

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