FRAM使安全氣囊系統更加智能化

作者：時(shí)間：2014-01-04 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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汽車(chē)安全系統預期在未來(lái)幾年變得更復雜。這一趨勢的主要動(dòng)力是預期規則將影響附加速率和安全氣囊復雜性以及控制系統穩定性。這些系統的電子部分將會(huì )增加，用于這些系統的半導體存儲器的需求也將增加。本文簡(jiǎn)要地研究在為較新型安全氣囊選擇存儲器方案時(shí)應考慮的問(wèn)題。

安全氣囊系統正在經(jīng)歷兩個(gè)主要變革。首先，在較新型的安全氣囊系統中，增加了“智能”。不再像過(guò)去那樣用最大力打開(kāi)氣囊，好像所有的事故和乘客狀況都相同，而是根據具體的事故和乘客參數確定作用力，可能包括碰撞的嚴重度、乘員的重量以及座位相對安全氣囊的位置。那些曾經(jīng)受過(guò)標準安全氣囊影響的人會(huì )對贊同可變力的。智能安全氣囊也能分辨出乘客座位是否為空，如果為空，乘客安全氣囊就不必要打開(kāi)?？紤]到每部汽車(chē)的安全氣囊數量在增加，并且在即使很小的事故中更換氣囊的成本也在增加，因此在為消費者大幅節省修理和保險成本方面,這一變革是有潛力的。

第二個(gè)變革是汽車(chē)正日益配置事件數據記錄儀(EDR)，這種裝置能收集碰撞信息，類(lèi)似于飛機的“黑匣子”。安全氣囊電子控制單元(ECU)通常包括有EDR功能。這一分法很自然，因為EDR沒(méi)有飛機“黑匣子”的殘存性要求，并且安全氣囊控制器是大量重要的傳感器輸入的主要接收者。汽車(chē)制造商也很快指出沒(méi)有獨立使用EDR的空間。

這兩種安全氣囊存儲器應用對存儲器的要求很苛刻，但兩者卻完全不同。因為在重事故中很可能電源會(huì )在某種程度上喪失，所以?xún)烧叨夹枰粋€(gè)非易失性存儲器。要重建事件，則數據必須存儲到系統中能寫(xiě)入的魯棒的非易失性存儲器中。圖1給出了一種具有FRAM存儲器存儲的基本安全氣囊系統的框圖。

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如果是“智能安全氣囊”，ECU設計師希望對特定事故以適當的作用力打開(kāi)安全氣囊。這不僅要求有關(guān)G力的信息，而且也要有乘員信息。智能安全氣囊存儲器的唯一要求就是記錄發(fā)生事故的乘員的歷史信息，包括座位位置和乘員重量。為了保存事故發(fā)生前人員形態(tài)的可靠記錄，有必要連續儲存這些信息。送至安全氣囊ECU的參數數據由汽車(chē)內部的加速度計和傳感器產(chǎn)生。這一連續的存儲要求比常規閃存寫(xiě)得頻繁得多的存儲器工藝。

對EDR，難點(diǎn)與希望的數據量和可用的存儲時(shí)間有關(guān)。預計新規則將大大擴展要獲取的數據量。發(fā)生嚴重事故時(shí)，電源很可能丟失。這時(shí)，EDR系統在系統掉電前，快速將數據儲存下來(lái)。在事故中，電源總是突然斷掉，常規非易失性存儲方案花費時(shí)間太長(cháng)，無(wú)法編程新信息。

FRAM提供的技術(shù)方案能同時(shí)應對這兩種挑戰。像其它的可選方案一樣，FRAM具有可靠的非易失性存儲。主要差別是其寫(xiě)操作的高耐久性(能寫(xiě)很多次)和寫(xiě)速度。

安全氣囊應用普遍選擇5V工作的串行外設接口(SPI)FRAM存儲器，這些器件的寫(xiě)耐久性超過(guò)1萬(wàn)億次(1×1012)寫(xiě)操作，這足夠智能安全氣囊連續寫(xiě)操作了，能實(shí)現乘員數據無(wú)縫記錄。這些器件也能以總線(xiàn)接口速度進(jìn)行寫(xiě)操作。無(wú)延遲地以5MHz到20MHz速率寫(xiě)能使主處理器流數據盡可能地快，同時(shí)丟失信息的風(fēng)險非常小。非易失性、無(wú)與倫比的寫(xiě)耐久性再配上快速數據采集能力，使FRAM成為下一代高級安全氣囊系統的理想存儲器工藝。

以前，汽車(chē)應用的主要非易失性存儲器工藝是柵極懸空的器件，如EEPROM或閃存。柵極懸空器件都采用一SiO2薄層將多晶硅柵極與溝道隔離。對器件編程時(shí)，在控制柵極上產(chǎn)生高壓使電子加速流向源極(N溝道器件)。因此，電子獲得足夠的動(dòng)能穿透絕緣層，在多晶硅材料上被捕獲(見(jiàn)圖2)。

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