Nové paměti M24LR64® od STMicroelectronics®

Na trhu s elektronickými součástkami se poměrně nedávno objevily nové paměti s trochu záhadným označením M24LR64. Mnozí čtenáři mohou podle značení tušit, že se bude zřejmě jednat o paměti typu EEPROM, které se používají pro uchovávání různých kalibračních a konfiguračních dat. Co je však na těchto pamětech tak výjimečného, že o nich vznikl tento článek?

To neobvyklé, čím se liší od jiných standardních pamětí EEPROM, je využití dvou technologií, kterými tyto nové paměti dokáží komunikovat s okolím. Jedním z nich je klasické rozhraní I2C a druhým je bezdrátové rozhraní RF dle normy ISO 15693. RF rozhraní není pouhým přidaným rozhraním, ale plno-hodnotným rozhraním, přes které lze přistupovat k datům uloženým v paměti či je dokonce měnit (zapisovat). Zatímco aplikační software přistupuje k datům přes klasické rozhraní I2C, konfigurace zařízení, ve kterém jsou tyto paměti použity, může probíhat bezdrátově z externího zařízení. Aby přechod z klasických pamětí na tyto nové paměti byl možná co nejjednodušší, jsou tyto paměti vybaveny vším potřebným, takže k paměti stačí připojit pouze vhodnou anténu! Tento fakt velmi zjednodušuje možnost změny typu použité paměti i u stávajících zařízení.

Jelikož komunikaci přes rozhraní I2C lze považovat za všeobecně známou, popsanou velmi podrobně v mnoha publikacích, věnujme se stručně možnostem, které poskytuje rozhraní RF ISO 15693. Nosná frekvence, na které probíhá komunikace mezi pamětí a externím zařízením, je 13,56 MHz. Tato frekvence už umožňuje navrhnout anténu s dostatečně malými rozměry tak, aby se dala implementovat ve formě interní antény a to přímo na plošném spoji. Při rozhodování o velikosti antény na plošném spoji je nutné mít na paměti, že čím menší bude anténa, tím menší dosah. Proto je doporučeno, v případě, kdy jsme omezeni rozměry základního plošného spoje a potřebujeme anténu větší než na jakou nám zbylo místo, umístit anténu s pamětí na samostatný plošný spoj. Tento plošný spoj, zvaný „daughter board“, je vhodné umístit co možná nejdále od základní desky či kovových částí, které by mohly negativně ovlivnit vlastnosti této antény buď produkovaným rušením či jejím zastíněním. Maximální rychlost komunikace přes toto rozhraní je v ideálním případě „pouhých“ 53 Kbit/s, což ale vzhledem ke kapacitě paměti je více než dostačující. S kvalitně navrženou anténou je komunikace s pamětí možná na vzdálenost až 1 m, přičemž i při této vzdálenosti je toto RF rozhraní nejen schopné zabezpečit komunikaci, ale je též schopné paměť EEPROM napájet. Jinými slovy to znamená, že komunikace přes rozhraní RF může probíhat i při vypnutém zařízení a přitom není nutné využívat baterii pro napájení paměti, neboť potřebnou energii vytvoří samo RF rozhraní z přijímaného signálu! Z tohoto důvodu je interní struktura paměti navržena tak, aby pracovala v širokém rozsahu napájecích napětí a to již od 1,8 V až do 5 V, přičemž spotřeba v režimu čtení nepřekročí hodnotu 100 μA při napájecím napětí 1,8 V. Ale ani při zápisu není nová paměť energeticky náročná, neboť maximální spotřeba se pohybuje okolo 600 μA a to v celém rozsahu napájecích napětí. Jelikož má být tato paměť široce použitelná v nových zařízeních, jsou tomuto přizpůsobeny i pouzdra, ve kterých je čip nové paměti zapouzdřen. Kromě dnes už standardních pouzder SO8 a TSSOP8 pro povrchovou montáž, najdeme obvod v novém, velmi malém pouzdru s označením UFDFPN8, které má rozměry pouhé 2 × 3 mm, přičemž „tloušťka“ pouzdra je pouhých 0,55 mm!

Zamyslíme-li se, co možnost bezdrátového nahrávání konfiguračních či kalibračních dat do paměti M24LR64 znamená, možná s překvapením zjistíme, že aplikací, kde je možné výhody dvou rozhraní využít, je nespočetné množství. Kromě již zmíněné kalibrace se nabízí například možnost aktivace zařízení v momentu prodeje či konfigurace rozhlasového či televizního přístroje podle oblasti, kam bude exportován, a to těsně před jeho expedicí. Přestože druhý příklad se nemusí jevit jako něco, o co bychom se měli zajímat, opak je pravdou, neboť nejen montáž nenastavených přístrojů může probíhat na jedné lince, ale i skladové zásoby budou pouze jedny. Vlastní konfigurace zařízení proběhne, až když bude jasné, do jaké oblasti je přístroj exportován, což může být např. až po jeho finálním zabalení. Také si je možné představit i situaci, kdy je přístroj nakonfigurován či odblokován až při jeho prodeji koncovému zákazníkovi. V tomto případě by pak nové paměti mohly sloužit i jako ochrana před krádeží přístrojů, neboť nezkonfigurovaný a neodblokovaný přístroj je v podstatě bezcenný.

Možnost konfigurace RF rozhraní není však jediným přínosem těchto pamětí, neboť paměti M24LR64 kromě vlastního pole EEPROM s možností zápisu, disponují i unikátním 64bitovým identifikátorem (číslem). Toto číslo lze snadno využít i pro jednoznačnou identifikaci zařízení, což dává možnost dokonalého přehledu o tom, kam které zařízení bylo odesláno. Kromě identifikace je toto číslo využíváno v momentu, kdy se v dosahu jedné RF čtečky objeví více zařízení s touto novou pamětí a pro komunikaci je nutné vybrat jedno zařízení. V ten moment využijeme v antikolizní sekvenci s výhodou fakt, že identifikační číslo paměti je unikátní. Příklad programového řešení antikolizního algoritmu v jazyce C je možné najít přímo v datasheetu této nové paměti. Při implementaci tohoto algoritmu, zejména na mikrokontrolérech s omezenou datovou pamětí, si je nutné dát pozor na fakt, že algoritmus je rekurzivní.

Kromě výše zmíněného příkladu algoritmu nalezneme v datasheetu i poměrně obsáhlý popis základů RF komunikace s tímto typem paměti včetně stavového diagramu, který můžeme využít například při tvorbě vlastního programového vybavení. Mnoho dalších užitečných informací můžeme najít v uživatelském manuálu, který obsahuje informace například o vývojových prostředcích pro tuto paměť. Firma STMicroelectronics® nabízí tři základní vývojové prostředky – demonstrační kit, starter kit a vývojový kit.

Pozorného čtenáře zajisté napadne možnost snadného zneužití tohoto rozhraní. Aby nemohl každý, kdo vlastní potřebnou RF technologii nakonfigurovat, vymazat či jinak nevhodně modifikovat data v paměti M24LR64, je možné přístup do paměti chránit heslem. Aby však bylo řešení co možná nejvíce flexibilní, je paměť rozdělena na celkem 64 sektorů. Každý sektor může, ale nemusí, být chráněn jedním ze tří hesel. To ale není vše. Každému sektoru lze určit, zda bude přes RF rozhraní přístupný či nepřístupný a v případě, že je přístupný, zda je do něj možno zapisovat či ho je možné jenom číst. Výše popsaná možnost ochrany některých údajů je poměrně flexibilní a vyhoví velkému množství různých aplikací.

Aby nasazení nových a jistě užitečných pamětí, opravdu nic nebránilo, je využito již na mnoha místech používané RF rozhraní ISO 15693 či 18000. To znamená, že již nasazená RF zařízení jsou po doplnění vhodným algoritmem (programem) schopna využívat tyto nové paměti.

Aktuální informace o novinkách od firmy STMicroelectronics® nejen z této, ale i mnoha jiných oblastí, můžete najít na webových stránkách www.st.com. Cenové nabídky je pak možné vyžádat u distributorů.