TI FRAM微控制器為WSN帶來福音

電子技術(shù)應(yīng)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(yīng)用需求。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）絕對是近幾年最熱門的應(yīng)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(shí)時采集更多的數(shù)據(jù)并進(jìn)行遠(yuǎn)程更新。但是，不僅現(xiàn)有的單片機(jī)技術(shù)很難滿足這些應(yīng)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(wù)拓展經(jīng)理刁勇先生帶著業(yè)界首款超低功耗鐵電隨機(jī)存取存儲器（FRAM）MCU與記者見面，分享了該新系列的獨(dú)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(dāng)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(shí)時時鐘模式)。FRAM的擦寫次數(shù)可以超過100萬億次，對很多應(yīng)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(dú)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(shí)現(xiàn)應(yīng)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(guān)領(lǐng)域：實(shí)現(xiàn)了可靠的遠(yuǎn)程軟件升級，特別是可以實(shí)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(shí)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(yuǎn)程更新

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

（1）傳感器供電。功耗對傳感器的安放地點(diǎn)有所限制，而在WSN的應(yīng)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(shù)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(diǎn)安放更多的傳感器。

（2）實(shí)時采樣。目前單片機(jī)的存儲主要以Flash技術(shù)為主，而Flash擦寫次數(shù)的量級大概幾萬或幾十萬，如果要實(shí)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(yàn)。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(shí)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(yuǎn)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(cè)是基于FRAM的控制器和無線模塊，另一側(cè)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(biāo)簽已經(jīng)在美國的超市中普遍使用了。價格標(biāo)簽組成了一個傳感器網(wǎng)絡(luò)，它的價格信息變化是通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時更新。MSP430FR57xx就特別適用于類似的應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shí)為MSP430FR57xx這款產(chǎn)品已經(jīng)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)入了一個新時代。