加固改进增强了内存模块设计

嵌入式系统设计人员历来为需要在恶劣的高冲击和振动条件下运行的应用提供有限的内存产品。这是因为内存技术及其相关的标准双列直插内存模块 （DIMM） 和小外形 DIMM （SODIMM） 外形尺寸的进步在很大程度上受到 PC、电信和服务器市场需求的推动。为这些市场应用设计的内存模块通常不符合关键的嵌入式应用规范，这些规范必须允许空间受限的布局，同时还提供高可靠性和性能，并在恶劣或恶劣的环境中长期运行。在嵌入式市场中，内存产品必须支持较长的产品生命周期并且具有成本效益。

一些内存模块供应商专注于嵌入式市场的需求，并继续开发内存技术进步。内存供应商通过各种标准组联合起来，在商用内存模块中取得这些进步，使嵌入式系统设计人员能够使用各种容量的坚固设备。这种标准化还带来了来自多个供应商的一致可用性的额外好处，这有助于 OEM 加快产品上市时间，同时降低整体系统成本和项目风险。

在坚固的内存技术方面取得长足进步

内存技术创新为嵌入式系统 OEM 提供了多种坚固耐用的选项，包括小尺寸模块设计、纠错码 （ECC）、散热、扩展温度操作以及添加热传感器来监控模块温度。

嵌入式系统 OEM 将双倍数据速率类型三 （DDR3） SODIMM 内存模块视为坚固嵌入式系统设计的支柱。增加 DDR3 SODIMM 的耐用性的是新的低功耗、低功耗 DDR3L 内存模块，它解决了一个关键的嵌入式系统设计挑战。JEDEC 规定，运行内存超过 +85 °C 的系统必须将 DDR3 自刷新率提高一倍。DDR3L 内存模块通过选择最低总电流、采用热释放覆铜方法 PCB 设计、减少芯片数量和利用 1.35 V DDR3 动态随机存取存储器 （DRAM） 来解决双刷新率要求。与当前的 DDR3 设计相比，DDR3L 内存每个模块最多可节省 +10 °C，并消除了双刷新率要求。基于供应商的测试表明，根据所使用的组件，

表 1： Virtium 内部测试数据显示，根据所采用的组件，OEM 可以使用 8 GB ECC 内存模块实现高达 50% 的功耗降低。

Blade VLP 是高度为 18.75 mm 的 JEDEC 标准 VLP 的低剖面 （17.78 mm） 替代品。将 DDR3 VLP 内存模块的高度降低到 17.78 毫米，解决了许多电信和网络应用中存在的空间受限限制，在这些应用中很难容纳行业标准 DIMM 或 Mini DIMM 插槽所需的内存加上一个标准的 VLP。这种方法使设计人员能够降低使用多个内存模块的系统以及必须在 +85 °C 以上运行的系统的总功耗，这是各种基于 AdvancedTCA 的电信和以太网刀片交换机网络应用的典型设计挑战。

电信和网络刀片系统的设计人员通常面临系统高度的严格限制。此外，这些系统需要在内存模块顶部留出空间，以使气流能够进行有效的热管理。采用降低高度的 DDR3L VLP 内存模块有助于改善气流并提供薄型，使 OEM 能够提供更高可靠性的产品，从而降低总拥有成本。特定的 DDR3L VLP 模块还提供单次刷新率，这对于最大限度地提高高温系统的性能至关重要。

多种方法有助于加固

为了帮助 OEM 满足对振动、温度或其他恶劣环境条件的极端要求，内存供应商提供了制造进步，例如侧面固定夹以加固 DDR3 SODIMM 模块。这些普遍适用的夹子可以很容易地在各种应用中实现。在最近的过去，设计人员通常仅限于使用较弱的商业级固定夹来固定内存模块。在某些情况下，这些保持器可能会突然打开并导致系统级故障。其他涉及安装孔的替代方案需要对主板进行重大修改，经常导致基于 COTS 的非标准设计无法充分解决该问题。

此外，OEM 可以利用底部填充选项，为标准 FR-4 PCB 上填充的组件提供更高的抗冲击性。保形涂层是另一种符合 MIL-I-46058C 标准的选择，可提供增强的保护，防止环境退化。

除了机械改进之外，OEM 还可以进行许多电气升级，包括扩展温度筛选和老化以及添加热传感器来监控模块温度。设计人员通常可以从内存模块的三个温度选项中进行选择：

工业温度： -40 °C 至 +95 °C

扩展温度： -25 °C 至 +95 °C

标准温度： 0 °C 至 +95 °C

测试对于确保模块符合温度规范至关重要。因此，重要的是定义一组标准的温度测试参数，并且内存供应商与 OEM 合作，根据特定设备和测试时间需求调整测试方法。嵌入式系统经常执行关键任务操作，因此在建立测试定义并完成验证后，建议根据定义的计划对内存模块进行 100% 测试。

确保扩展温度操作的最佳测试方法是通过使用客户主板或在具有相同芯片组和设置的经批准的主板上进行生产测试来完成的。这些测试也可以使用专门开发的烤箱进行，该烤箱与大多数嵌入式主板外形尺寸相匹配，从而能够在整个系统性能下进行温度测试。

系统测试对于捕获使用标准测试系统无法发现的 ECC 错误等缺陷至关重要。需要注意的是，根据应用或系统规格，系统级测试也可能是必要的+85 °C 环境温度。

对内存模块中 DRAM 故障模式的分析已确定，具有次优可靠性的 DRAM 组件在使用的前三个月往往会发生故障。随着较新的 DRAM 向更小的工艺几何尺寸发展，包含弱位（单个单元中的微观缺陷）的芯片可能存在更大的风险。这不足以直接导致 DRAM 故障，但可能会在初始现场操作开始后的几周内出现单位错误。

使用老化期间测试 （TDBI） 有助于消除任何潜在的早期故障并提高内存产品的整体可靠性。尽管大多数 DRAM 芯片都在芯片级进行静态老化，但 TDBI 提供了更全面的测试方法，在模块级实现 24 小时老化测试，同时在模块在压力下执行时动态运行和检查测试模式条件。多家内存制造商进行的研究表明，使用 TDBI 腔室可以将早期故障减少多达 90%。

新标准和外形尺寸

多个行业组织，例如 JEDEC 和小尺寸特别兴趣小组 （SFF-SIG） 积极参与了当今嵌入式系统的存储设备标准化工作。标准化带来了来自多个供应商的一致可用性的额外好处，这有助于 OEM 加快上市时间，同时降低整体系统成本和项目风险。

ECC 已成为嵌入式系统的中流砥柱。然而，JEDEC 成员在开发 SODIMM 外形规格的 DDR2 规范时最初并没有意识到需要适应 ECC，因为当时大多数笔记本电脑芯片组不支持 ECC。看到嵌入式系统中可以在更快的 DDR2 内存模块上实现 ECC 的需求，Virtium 赞助了 JEDEC 中的 ECC SODIMM 规范，该规范现已扩展到 DDR3 和 DDR4 模块。

SFF-SIG 的 XR-DIMM 规范是为满足嵌入式系统在过度冲击和振动条件下可靠运行而定义的存储设备的另一个示例。这些系统的设计者需要一个小尺寸、极其坚固的 DDR3 模块。该标准使设计人员摆脱了以前商业级产品的限制，这些产品需要焊接、绑带、胶水或系紧来固定模块。

Virtium、Swissbit 和 LiPPERT 嵌入式计算机之间通过 SFF-SIG 合作产生了一个具有与 DDR3 标准 DIMM 非常相似的引脚定义的模块。针脚定义利用高性能 240 针 SMT 连接器系统，该系统使用带有螺钉附件的支座将 XR-DIMM 内存模块牢固地固定在主板上。此外，该引脚定义包括一个 SATA 接口，以支持开发包含 DDR3 和 NAND 闪存的双功能模块，用于从单个插槽实现组合内存和固态驱动器存储。SATA 和 DDR3 组合模块的未来标准正在规划中。

满足苛刻的内存要求

尽管对加固型嵌入式设备的需求不断增加，但内存模块供应商继续进行技术进步和相关的制造改进，以满足 OEM 的需求。DDR3 SODIMM、DDR3L 和小尺寸 DDR3L 都是有助于满足严苛内存要求的新技术示例。这些进步解决了许多设计挑战，包括低功耗、增强的散热和扩展的温度容差，同时提供当今复杂嵌入式系统所需的性能。

XR-DIMM 和 ECC SODIMM 的标准也促进了耐用型内存产品的现成供应。此外，设计人员可以使用底部填充侧固定夹和保形涂层制造选项以及先进的测试方法，以帮助确保稳健的设计。

在坚固的嵌入式系统设计中保持最高可靠性和可用性的挑战将继续存在，但内存模块的进步将与这些要求保持同步，帮助 OEM 保持持续的竞争力和未来的创新。

审核编辑：郭婷