主流工業與消費性產品多採5V、3V、2.5V、1.8V及其他低電壓設計。而現今各大半導體廠也為了確保不同產品間的相容性以及避免不必要的複雜電路設計,紛紛採用標準化產品來因應行動與穿戴式裝置的趨勢。

電池尺寸及重量往往是穿戴式裝置中最具挑戰性的部份。雖然小電池可以使終端產品體積變小或是節省更多的空間給更有價值的其他附加功能;但消費者同時卻也更加在意電池續航力及充電次數。因此,如何節省電力符合當前「行動化」需求成為產品設計者的重要課題。

傳統電子零件的工作電壓可能是3.3V、2.5V或1.8V,而最新應用處理器或是系統單晶片的最低電壓卻為1V或甚至更低。任何領域的電源系統都不偏好複雜的設計,業界最終希望能將標準電壓設置在1.8V以下。而標準值為何?

圖1顯示DRAM各世代電壓演進技術讓記憶體IC的工作電壓降到1.8V以下,甚至達到1.2V超低電壓。

20170816_Windbond_NT21P1 圖1:記憶體的工作電壓。黃色圖示為DDR DRAM的工作電壓,綠色圖示為NOR快閃記憶體的工作電壓。(來源:華邦電子)

華邦電子W25QxxNE系列支援1.14-1.30V的工作電壓,W25QxxND系列則可達到1.5V延伸電壓,支援1.14-1.58V的工作電壓區間,兩種產品皆支援1-128Mbits。

顯著的節能效益

NOR快閃記憶體IC在低於1.8V的工作電壓可有效節省能耗;當然,不同的應用場景下,節能的效果也不同。終端產品如手持式POS系統、智慧手錶、電子書與GPS導航系統皆是超低功耗串列式快閃記憶體的最佳代言。

圖2顯示W25Q80NE在主動模式下,採用1.2V工作電壓比1.8V的記憶體元件節省了33%的電源消耗。

20170816_Windbond_NT21P2 圖2:1.2V串列式NOR快閃記憶體在50MHz速度操作下的耗電情形

省電模式下的電源電流小於0.5μA,約略比1.8V W25Q80EW小了一半。

W25QxxNE的優點除了可節能以增加電池續航力外,同時也減少電池的尺寸與重量,以及減少雜訊耦合。

1.2V的另一優點是簡化電源電路設計。當SoC、應用處理器和微控制器採用1.2V電壓標準,將可減少採用大而複雜的電源管理晶片來支援多電軌設計,而採用較簡單的元件,如低壓差穩壓器(LDO)可節省電路板的空間與成本。

20170816_Windbond_NT21P3 圖3:比起1.8V電壓,採用1.2V電壓的快閃記憶體可簡化電源電路設計

相容於1.8V電壓產品

W25QxxNE和W25QxxND系列支援標準、雙通道與四通道SPI及QPI介面,資料傳輸速率最高可達每秒52MB,適用於傳統行動式、穿戴式與物聯網裝置。

如同1.8V串列式快閃記憶體一樣,1.2V和1.5V延伸型串列式快閃記憶體將支援相同的功能和封裝類型,系統軟體毋須大幅更改,為工程師提供簡化電源電路設計的彈性以及節約電源的更多優點。除了標準封裝外,皆通過KGD品質測試,可以晶圓或晶粒的方式供貨。

1.2V與1.5V延伸性電壓設計持續看好

1.2V電壓產品已導入至客戶設計並受到低功耗領域新晶片廠商的青睞與認可,如上海樂鑫信息科技(Espressif System)。Espressif Systems執行長張瑞安說:「華邦電子的低功耗串列式快閃記憶體已經成為物聯網與智慧連網裝置的理想選擇,1.2V串列式快閃記憶體產品搭配我們的超低功耗ESP32 Wi-Fi與Bluetooth組合晶片,證明能進一步減少電源消耗。該產品已在我們的系統上測試成功,希望能盡快地以模組化的產品推向市場。」

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快閃記憶體市場將會朝向標準化電壓,集中在1.2V與1.5V延伸電壓,華邦電子有信心讓系統設計師成功將產品的工作電壓設計規劃在約1.2V,以符合未來的趨勢。

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