TI FRAM微控制器為WSN帶來福音

電子技術應用網(wǎng)記者 陳穎瑩

德州儀器（TI）的MSP430是業(yè)界知名的超低功耗微控制器，它不斷地添加新的家族成員，以滿足新的應用需求。無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）絕對是近幾年最熱門的應用之一。要讓我們的世界變得更加智能，就需要更多的傳感器以及通過傳感器實時采集更多的數(shù)據(jù)并進行遠程更新。但是，不僅現(xiàn)有的單片機技術很難滿足這些應用，傳感器供電問題和Flash擦寫次數(shù)更是兩大亟待解決的難題。TI新型MSP430FR57xx FRAM系列是目前解決以上問題的最佳方案。5月4日，TI MSP430中國區(qū)業(yè)務拓展經(jīng)理刁勇先生帶著業(yè)界首款超低功耗鐵電隨機存取存儲器（FRAM）MCU與記者見面，分享了該新系列的獨特性能。

高速·節(jié)能·靈活

與基于Flash和EEPROM的MCU相比，該基于FRAM的MSP430FR57xx系列可確保100倍以上的數(shù)據(jù)寫入速度和250倍的功耗降幅。當從FRAM中執(zhí)行代碼時，可將目前業(yè)界最佳功耗水平降低50%以上，平均有效功率為100 μA/MHz(主動模式)和3 μA/MHz(實時時鐘模式)。FRAM的擦寫次數(shù)可以超過100萬億次，對很多應用而言，這樣的擦寫次數(shù)幾乎是不受限制的。FRAM是非易失性存儲器，在所有電源模式中均可提供數(shù)據(jù)保存能力。有了FRAM，就不必再采用單獨的EEPROM和依賴電池供電的SRAM，可利用軟件輕松完成數(shù)據(jù)內(nèi)存與程序內(nèi)存的分區(qū)，通過一個16 KB通用型FRAM實現(xiàn)應用的靈活性。

此外，MSP430FR57xx FRAM微控制器的其他一些性能也使其特別適用于WSN等相關領域：實現(xiàn)了可靠的遠程軟件升級，特別是可以實現(xiàn)空中升級；眾多由TI提供的兼容型射頻(RF)工具可簡化系統(tǒng)開發(fā)工作；可實現(xiàn)無電池的智能型RF連接解決方案。

滿足傳感器記錄和遠程更新

由上述特點可知，新型MSP430FR57xx FRAM系列可以解決傳感器網(wǎng)絡的幾大挑戰(zhàn)。刁勇先生一一向記者進行了介紹和舉例。

（1）傳感器供電。功耗對傳感器的安放地點有所限制，而在WSN的應用中，往往需要把傳感器部署在橋梁等沒有交流電的場合，為了讓傳感器有足夠能量去采集數(shù)據(jù)，一種解決方案是用電池，可是電池都存在壽命的問題。而FRAM的能量收集技術以及超低功耗的特性最大限度地延長了電池的使用壽命，使用戶能在更多的地點安放更多的傳感器。

（2）實時采樣。目前單片機的存儲主要以Flash技術為主，而Flash擦寫次數(shù)的量級大概幾萬或幾十萬，如果要實時采集數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)存入Flash中，等到一定周期再傳輸出去，F(xiàn)lash的壽命就面臨很大的考驗。刁勇解釋到，TI做了一個計算，如果做連續(xù)的采樣，且采樣頻率比較高，F(xiàn)lash要每秒采樣20個數(shù)據(jù)，然后不斷更新數(shù)據(jù)，在這種條件下，現(xiàn)有Flash的使用壽命一般在10 min以內(nèi)。因此如果要實現(xiàn)連續(xù)大量數(shù)據(jù)采樣，擦寫次數(shù)超過100萬億次的FRAM是一個很好的選擇。

（3）無線遠程更新。為了更有說服力，刁勇向記者展示了一種電子紙，用來顯示商品條形碼和價格。該電子紙一側是基于FRAM的控制器和無線模塊，另一側是存儲著更新數(shù)據(jù)的模塊，通過無線發(fā)射更新價格信息，如果數(shù)據(jù)不斷更新，用不了多久，F(xiàn)lash壽命就會耗光。而FRAM的擦寫次數(shù)為100萬億次，所以可以長久使用。用這種電子紙作為價格標簽已經(jīng)在美國的超市中普遍使用了。價格標簽組成了一個傳感器網(wǎng)絡，它的價格信息變化是通過無線網(wǎng)絡實時更新。MSP430FR57xx就特別適用于類似的應用。

FRAM將拓展到其他MCU

MSP430FR57xx目前最高只有16 KB的FRAM，但是足以滿足WSN的一些應用，未來根據(jù)不同需求，會有采用更大的FRAM的MPS430系列。此外，由于看到了FRAM如此多的優(yōu)勢，TI也已經(jīng)考慮將FRAM應用在其他的MCU中，如TMS320-C2000系列。

刁勇還透露，F(xiàn)RAM雖然是Ramtron公司的產(chǎn)品，但它是由TI的工廠代工的，兩家公司有很好的合作，TI也十分了解FRAM，對FRAM性能的完善功不可沒。TI其實為MSP430FR57xx這款產(chǎn)品已經(jīng)準備了近4年的時間，克服了很多困難，例如制程問題，F(xiàn)R57xx MCU是基于TI先進的低功耗、130 nm嵌入式FRAM工藝。但FRAM還是有一個不可回避的缺陷：在波峰焊時，如果溫度高于260℃，F(xiàn)RAM中的數(shù)據(jù)就不可靠了，所以生產(chǎn)時需特別注意。

MSP430FR57xx系列突破了現(xiàn)有的存儲器功耗及可寫入次數(shù)限制，從而宣告可靠數(shù)據(jù)錄入和射頻通信能力進入了一個新時代。