Microchip 47L04/47C04/47L16/47C16 EERAM：高可靠非易失性存储解决方案

在电子设计领域，数据的可靠存储与快速读写一直是工程师们关注的重点。Microchip的47L04/47C04/47L16/47C16系列4/16 Kbit SRAM结合EEPROM备份的EERAM（Electrically Erasable Random Access Memory），为我们提供了一种出色的解决方案。下面，我们就来深入了解一下这款产品。

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产品概述

Microchip的47L04/47C04/47L16/47C16（47XXX）是具有EEPROM备份的4/16 Kbit SRAM。它采用I²C串行接口，内部组织为512 x 8位（47X04）或2,048 x 8位（47X16）的存储器。该系列产品提供了无限的SRAM读写周期，同时EEPROM单元可实现数据的高耐久性非易失性存储。

产品选型

产品型号	密度	Vcc 范围	最大时钟频率	温度范围	封装
47L04	4 Kbit	2.7V - 3.6V	1 MHz	I, E	P, SN, ST
47C04	4 Kbit	4.5V - 5.5V	1 MHz	I, E	P, SN, ST
47L16	16 Kbit	2.7V - 3.6V	1 MHz	I, E	P, SN, ST
47C16	16 Kbit	4.5V - 5.5V	1 MHz	I, E	P, SN, ST

产品特性

1. SRAM与EEPROM备份结合

• 内部组织：根据型号不同，内部组织为512 x 8位（47X04）或2,048 x 8位（47X16）。
• 自动存储与恢复：在掉电时（使用可选外部电容），数据自动存储到EEPROM阵列；上电时，数据自动从EEPROM恢复到SRAM阵列。
• 手动操作：提供硬件存储引脚用于手动存储操作，同时支持软件命令启动存储和恢复操作。
• 存储时间：47X04最大存储时间为8 ms，47X16最大存储时间为25 ms。

2. 非易失性外部事件检测标志

该标志可用于检测外部事件，为系统提供更多的监控和控制能力。

3. 高可靠性

• 无限读写周期：SRAM具有无限的读写周期，保证了数据的快速读写性能。
• 高耐久性：EEPROM的存储周期超过100万次，数据保留时间超过200年。
• ESD保护：所有引脚的ESD保护大于4000V，提高了产品的抗干扰能力。

4. 高速I²C接口

• 标准时钟频率：支持行业标准的100 kHz、400 kHz和1 MHz时钟频率。
• 零周期延迟：读写操作零周期延迟，提高了数据传输效率。
• 噪声抑制：采用施密特触发器输入，有效抑制噪声。
• 可级联：最多可级联四个设备，方便扩展系统容量。

5. 写保护

支持从SRAM阵列的1/64到整个阵列的软件写保护，保护重要数据不被误写。

6. 低功耗CMOS技术

• 典型工作电流：200 µA，降低了系统功耗。
• 最大待机电流：40 µA，适合低功耗应用。

7. 宽温度范围

提供工业级（-40°C 到 +85°C）和扩展级（-40°C 到 +125°C）温度范围，满足不同应用环境的需求。

8. 汽车级认证

符合AEC - Q100标准，可用于汽车电子等对可靠性要求较高的应用场景。

电气特性

1. 绝对最大额定值

• VCC：最大6.5V
• A1、A2、SDA、SCL、HS引脚相对于VSS：-0.6V到6.5V
• 存储温度：-65°C到 +150°C
• 偏置下的环境温度：-40°C到 +125°C
• 所有引脚的ESD保护：≥4 kV

2. DC特性

涵盖了高电平输入电压、低电平输入电压、低电平输出电压、输入泄漏电流等多项参数，为电路设计提供了详细的电气参考。

3. AC特性

包括时钟频率、时钟高时间、时钟低时间、输入上升时间、输入下降时间等参数，确保了I²C接口的高速稳定运行。

功能描述

1. 工作原理

47XXX支持双向两线总线和数据传输协议（I²C），主机设备控制总线的启动和停止条件，47XXX作为客户端工作。主机和客户端都可以作为发送器或接收器，但主机设备决定当前的工作模式。

2. 总线特性

2.1 串行接口

• 数据传输条件：数据传输只能在总线空闲时启动，时钟线为高电平时，数据线必须保持稳定，否则将被解释为启动或停止条件。
• 启动条件：时钟线（SCL）为高电平时，数据线（SDA）从高到低的转换确定启动条件。
• 停止条件：时钟线（SCL）为高电平时，数据线（SDA）从低到高的转换确定停止条件。
• 数据有效：启动条件后，时钟信号高电平期间数据线稳定表示数据有效，数据必须在时钟信号低电平期间改变。
• 确认信号：每个接收设备在接收到每个字节后必须生成确认信号，主机设备必须生成与该确认位相关的额外时钟脉冲。

2.2 设备寻址

控制字节是主机设备发送的第一个字节，包含4位操作码、两个用户可配置的芯片选择位（A2和A1）、一个固定为‘0’的芯片选择位和一个读写位。芯片选择位必须与相应引脚的逻辑电平匹配，设备才能响应。

3. SRAM阵列操作

3.1 写操作

• 字节写：主机设备发送控制字节和2字节数组地址，然后发送数据字节，数据在确认位的SCL上升沿锁存到SRAM阵列。
• 顺序写：与字节写类似，但主机设备可以连续发送多个数据字节，地址指针自动递增。

3.2 读操作

• 当前地址读：根据当前地址指针的值开始读取数据，读取后地址指针自动递增。
• 随机读：先设置地址指针，然后发送控制字节进行读取操作。
• 顺序读：与随机读类似，但主机设备在接收到第一个数据字节后发送确认信号，继续读取后续数据。

4. 控制寄存器操作

4.1 状态寄存器

控制软件写保护、自动存储功能、报告阵列是否被修改以及包含硬件存储事件标志。

4.2 命令寄存器

用于执行软件控制的存储和恢复操作，包括软件存储命令和软件恢复命令。

4.3 写操作

选择控制寄存器并设置读写位为‘0’，接收的下一个字节被解释为寄存器地址，然后发送数据字节进行写入。

4.4 读操作

选择控制寄存器并设置读写位为‘1’，读取状态寄存器的值。

5. 存储/恢复操作

5.1 自动存储

启用自动存储功能需要在VCAP引脚连接电容，并将状态寄存器的ASE位设置为‘1’。当检测到掉电事件且VCAP低于VTRIP时，自动触发存储操作。

5.2 硬件存储

通过将HS引脚拉高至少THSPW时间，可以手动启动存储操作，同时触发状态寄存器写周期将EVENT位设置为‘1’。

5.3 自动恢复

上电时自动执行恢复操作，确保SRAM数据与EEPROM数据一致。

6. 确认轮询

在存储和恢复操作以及内部状态寄存器写周期期间，设备不会发送确认信号。通过发送启动条件和写控制字节进行确认轮询，判断操作是否完成。

引脚描述

1. 电容输入（VCAP）

连接到47XXX的内部电源总线，使用自动存储功能时，需要连接电容以存储掉电时完成自动存储操作所需的能量。

2. 芯片地址输入（A1, A2）

用于多设备操作，通过不同的芯片选择位组合，最多可连接四个设备到同一总线。

3. 串行数据（SDA）

双向引脚，用于传输地址和数据，需要上拉电阻到VCC。

4. 串行时钟（SCL）

用于同步数据传输。

5. 硬件存储/事件检测（HS）

用于手动启动存储操作，并触发状态寄存器写周期将EVENT位设置为‘1’。

封装信息

提供8引脚PDIP、8引脚SOIC和8引脚TSSOP三种封装形式，每种封装都有相应的标记信息和尺寸规格。

总结

Microchip的47L04/47C04/47L16/47C16系列EERAM以其高可靠性、高速I²C接口、低功耗等特性，为电子工程师提供了一种优秀的非易失性存储解决方案。无论是工业控制、汽车电子还是其他对数据存储有较高要求的应用场景，该系列产品都能发挥出色的性能。在实际设计中，工程师们可以根据具体需求选择合适的型号和封装，充分利用其丰富的功能特性，提高系统的稳定性和可靠性。

大家在使用这款产品的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。