智能电表用高可靠性EEPROM

近年来，世界各国开始发展智能电网，智能电表是由传统电能表逐步发展起来的，它在智能电网中是重要的智能终端。

图1 智能电表示例

智能电表为用户与电力系统架起互动的桥梁，主要由通信、电源及电源管理、计量及存储等功能模块组成。智能电表涉及数据记录和存储，以实现客户信息全时段全方位采集，需要使用安全可靠的存储器。针对智能电表市场应用特点，上海贝岭推出了以BL24C512B为代表的一系列高可靠性可擦除可编程非易失存储器。

图2 EEPROM在智能电表系统上的应用

一、 BL24C512B技术特点

1. 高可靠性：数据擦写次数大于400万次，数据保持时间超过100年。

2. 宽电压范围：支持电压范围为1.7V~5.5V。

3. 高频低压：支持最高可达1MHz的高速IIC通信， 1MHz高频率IIC通信的前提下最低工作电压可达2.5V。

4. 超高擦写效率：内部写周期(twr)典型值为1.9ms，可有效缩短编程时间，有利于提高数据擦写效率。

5. 超低功耗：静态功耗典型值为0.03μA (5.0V)、写操作功耗典型值为0.28mA(5.0V、400kHz)、读操作功耗典型值为0.14mA(5.0V、400kHz)。

6. 耐高温、耐低温：工作温度范围可达-40℃至125℃，存储温度范围可达-65℃至150℃。

7. 抗静电：ESD保护最大可达8000V(HBM)。

8. 支持字节写、页写、部分页写、随机读、序列读功能，内部数据地址自动递增。

9. 支持硬件写保护(WP管脚)。

二、 BL24C512B创新性

1. 芯片内部设有与电压大小相关电压的检测电路和控制高压上升速率的检测电路。芯片能够进行擦写的理想电压为15.5V，然而实际的升压过程中电压浮动较大，由于内置了电压检测电路可以将高压精准的控制在15.5V，保证数据存储的准确性。同时为了提高芯片的可靠性，获得更长的工作寿命，芯片内部增加了控制高压上升速率的检测电路，使高压上升时间不小于100μs，减小了对电路内部相关器件的损耗，使芯片能够更长久地为客户服务。

2. 增加ECC(ECC：ECC校验，Error Checking &Correcting)的功能，即存储芯片的数据纠错功能，它是比较先进的存储芯片错误检查和更正的手段，按照对信源的处理方式ECC可以分为线性分组码和卷积码，用于存储芯片的是线性码，如下表所示。

上海贝岭的BL24C512B存储芯片采用Hamming码的编码类型，它的“数据位的位数n”和“校验位的位数k”的取值需要满足如下关系：

因为每一位的校验码都是通过对数据位进行异或运算产生，所以每一位的校验码其实是反映了相对应数据位上数据的奇偶个数，一旦有某个数据位发生变化，奇偶个数将发生变化对应的校验位将发生变化。最多支持检验两位的错误，纠正一位错误。

在存储芯片当中，最小的数据单位就是“比特(bit)”，也叫数据“位”，8个连续的比特是一个字节(Byte)，不带ECC功能的存储芯片每个字节只有8位，若它的某一位存储出了错误，就会使其中存储的相应数据发生改变而导致应用程序发生错误。而带有ECC功能的存储芯片，当存储数据发生读写错误时，ECC功能可以检查错误并进行纠正，以提高数据的完整性和芯片的可靠性，保证系统能长时间稳定运行。智能电表涉及数据记录和存储，对客户信息全时段全方位采集，故确保数据信息免受各种干扰以及系统的可靠运行显得十分重要。