其中NOR Flash作为嵌入式系统中的重要存储器类型,在物联网领域中的应用非常广泛。在物联网设备中,NOR Flash通常用于MCU数据读取和执行,其工艺和读取速度都直接影响MCU性能。
因此,随着可穿戴设备、健康监测等多种物联网设备应用的低功耗需求,NOR Flash目前在可穿戴设备和其他低功耗的物联网设备中,电压从主流市场的3.3V降至1.8V。
从系统设计的层面上看,一些先进工艺制造的器件,包括MCU等可穿戴主控芯片工作电压已经低至1.2V的等级。同时根据一些厂商提供的测试数据,从1.8V降至1.2V后,产品运行功耗能够降低高达50%,待机功耗也能够降低33%左右。
所以,为了更低的运行功耗,延长电池使用时间,以及简化系统电源设计和优化系统成本,低功耗NOR Flash的工作电压也正在从1.8V往1.2V发展。目前,市面上已经有不少厂商推出了1.2V NOR Flash相关产品。
华邦电子
华邦电子是全球第一家推出1.2V NOR Flash的厂商,最早在2020年实现量产。目前华邦推出了W25Qxx 1.2V系列的1.2V NOR Flash,主要针对电池供电同时设计空间有限的设备,比如物联网和可穿戴设备,以及对于需要省电且低功耗的闪存。
其中W25QxxND 1.2V系列产品可以达到1.5V延伸电压,支持1.14V~1.58V的工作电压区间,即一节干电池的电压即可支持其运作,不需要以往需要将两颗干电池串联到3V才能够正常工作,可以大幅简化系统设计。
W25QxxND 1.2V系列提供2mm x 3mm USON8、narrow 150mil SOP8、6x5mm WSON 8-pin等多种封装规格和KGD(Known Good Die)。容量支持8Mb、16Mb、32Mb、64Mb、128Mb等几种规格,支持标准、双通道与四通道SPI及QPI接口,数据传输速率最高可达每秒52MB,适用于传统移动、可穿戴与物联网设备。
另一个型号W25QxxNE专注于面向1.2V应用,工作电压支持1.14V~1.3V,在W25QxxND的容量规格基础上,还增加了256Mb的规格。接口方面与W25QxxND相同,均支持标准、双通道与四通道SPI及QPI接口。
旺宏电子
旺宏电子的1.2V NOR Flash产品主要是MX25S 系列,该系列产品工作电压支持1.14V~1.6V,功耗低至0.8mA有源电流以及0.05uA深度掉电电流,与以往的串行NOR Flash闪存相比,能够节省超过80%的电量,并有效延长电池寿命,面向健康监测、蓝牙连接、物联网、可穿戴设备和移动互联网设备等应用。
官网显示,MX25S NOR Flash闪存产品目前具有16Mb、64Mb、128Mb的容量规格,支持多 I/O、编程/擦除挂起/恢复功能,支持唯一ID和安全的OTP。封装方面支持WSON、USON、WLCSP、KGD、SOP等超小型尺寸。
去年8月兆易创新推出了1.2V超低功耗SPI NOR Flash产品——GD25UF系列,这也是兆易创新旗下首款1.2V NOR Flash产品。
GD25UF系列工作电压可扩展至1.14~1.6V,具有单通道、双通道、四通道和DTR四通道的SPI模式,支持不同容量选择,能够满足智能设备所需的代码存储要求。在读写性能方面,GD25UF最高时钟频率STR 120MHz,DTR 60MHz,拥有10万次的擦写寿命,数据有效保存期限可达20年。
为了满足低功耗需求,GD25UF产品系列特别提供了Normal Mode和Low Power Mode两种工作模式。在Normal Mode下,器件读取电流在四通道120MHz的频率下低至6mA;在Low Power Mode下,器件读取电流在四通道1MHz频率下低至0.5mA,擦写电流低至7mA,睡眠功耗低至0.1uA。
根据官方介绍,GD25UF系列产品在数据传输速度、供电电压、读写功耗等关键性能指标上均达到国际领先水平,在针对智能可穿戴设备、健康监测、物联网设备或其他单电池供电的应用中,能显著降低运行功耗,有效延长设备的续航时间。
封装方面,GD25UF系列支持SOP8、WSON8、USON8、WLCSP封装,全温度工作范围覆盖-40℃~85℃、-40℃~105℃、-40℃~125℃。不过目前GD25UF暂时可提供64Mb容量的样品,其他容量的产品将会在后续推出。
普冉半导体
今年4月普冉半导体推出了超低电压的超低功耗的GS N系列1.1 V NOR Flash产品,据公司介绍,GS N系列产品在超低电源电压、电压范围、读写功耗、数据传输速度等参数指标上均达到业界领先水平,能够更加充分地满足市场对于更低功耗、更宽电压范围、更灵活的操作模式、更可靠性能以及更低成本等符合要求。
据官方实测数据,GS N系列产品对比公司2020年发布的40nm 1.8V产品,相同电流下的功耗降低了38%;相同频率下的四线读取功耗降低了60%,功耗大幅降低,在应用中能够大幅提升设备续航。
随后在松山湖IC峰会上普冉半导体详细介绍了GS N系列1.1 V NOR Flash产品P25Q325N,这款产品支持从1.05V到2V的宽电压范围,涵盖了1.2V、1.8V等电压系统。与目前行业最低功耗的1.1V 80M STR 4IO相比,读取功耗约2.86mW,80M DTR 4IO读取功率约为4.2mW,为业界同类产品功耗的一半,甚至更低。
同时P25Q325N支持高速读取,实现高达416Mbps for STR、640Mbps for DTR的读取速度。封装方面,P25Q325N支持SOP8、USON8、WSON8、TSSOP8、WLCSP 等以及 KGD for SiP。
普冉半导体表示,GS N系列产品在2022年底完成了产品开发,目前支持16Mb-64Mb容量,已经在2023年一季度实现了产品交付,未来将继续覆盖至4Mb-128Mb的容量区间。
小结:
目前全球NOR Flash市场呈现三足鼎立的格局,华邦、旺宏、兆易创新三家已经占据市场超过90%的份额。因此也可以看到,由于头部效应的存在,目前来看市场上低电压低功耗的1.2V NOR Flash产品也是由这三家公司率先推出。
其他公司产品除了普冉半导体已经有相关产品交付外,包括聚辰半导体、芯天下等厂商则有1.2V NOR Flash相关产品的规划,但仍在研发中。而随着可穿戴设备、物联网市场的持续增长,更低功耗的需求更加急切,可以预见1.2V NOR Flash产品在未来加速往低功耗设备中渗透。
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