本文消除了對低溫電池性能的任何擔憂。本文詳細介紹了在極端低溫環境條件下可靠支持非易失性存儲器（SRAM）所需的電流特性。

幾十年來，鋰紐扣電池一直被用作內存備份應用的穩定電源。基本的最終產品壽命估算可以通過獲取備用電源（鋰紐扣電池）中的總可用電量（容量）并計算以已知速率消耗該電荷所需的時間來實現。

低功耗SRAM歷來是非易失性存儲器應用的明顯解決方案，這主要是因為在外部斷電期間可靠地維護系統數據所需的電源電流非常低。此參數通常標識為數據保持電流 （ICCDR).

設計中的電池組件選擇通常歸結為所需系統數據保留時間和所需鋰電池的物理尺寸之間的權衡。本討論并未將物理電池尺寸作為設計中的約束，因此評估了兩個類似尺寸的20mm紐扣電池。

圖1顯示了三種不同存儲器組件的環境數據保持電流消耗。存儲器密度差異很大，這些測量電流中的電壓依賴性也因樣品而異。盡管如此，所有三個存儲器組件似乎都滿足在電池備份條件下延長數據保留的基本低電流要求。

圖1.SRAM數據保持電流。

該圖清楚地表明，與分析的其他SRAM樣品相比，供應商X 256kb樣品具有更高的靜態電流和更明顯的電壓加速斜率。

圖2.BR2032 電壓與溫度的關系。

在圖2中，BR2032初級（不可充電）鋰紐扣電池（標稱容量為190mAh）在指示的溫度范圍內承受各種負載條件。從圖表中可以看出，在+25°C時，任何列出的負載下的電池電壓為~3.4V。

參考供應商X 256kb電流特性（圖1），我們可以確定該特定SRAM在施加3.4V時需要~1.2μA的電池電流。考慮到BR2032電池容量額定值，預期的環境數據保留時間將超過19年。然而，使用大多數電池有一個歷史缺點：當電池耗盡時，必須更換它們。

在圖2中還觀察到，在低溫下電池性能的可檢測變化。當施加各種負載時，最初在+25°C下觀察到測量電壓的偏差。 隨著負載電流要求的增加，偏差更加明顯。電池效率的這種損失是由于隨著溫度的降低，電化學反應減慢。

為了理解圖 2 中的電池行為，我們再次轉到圖 1“供應商 X 256kb”ICCDR特征。然后，我們可以估計該SRAM為電池提供3MΩ的等效負載。

圖3.ML2020R 電壓與溫度的關系

在圖 3 圖中，ML2020R 二次（可充電）鋰紐扣電池（標稱容量為 30mAh）在指示的溫度范圍內承受各種負載條件。從圖表中可以看出，在列出的任何負載下，+25°C時充電電池電壓為~2.8V。

使用相同的供應商 X 256kb I/V 特性，ML2020R 單元的標稱偏置降低使用戶所需的 SRAM 電流立即降低 35%。估計的環境數據保留時間為~5.4年，是使用BR2032的28%，即使規定的容量僅為該大型原電池的15%。

考慮到 ML2020R 可以完全耗盡并充電多達 15 次，這意味著使用這些特定組件的系統使用壽命超過 80 年。此預期壽命假定系統可以至少每 5 年通電一次 ~3 天。

為了進行比較，再次使用圖1供應商X 256kb ICCDR特性方面，我們可以估計SRAM為該單元提供4.5MΩ的等效負載，這僅僅是由于施加的偏置減小。

此外，正如在BR2032電池上觀察到的（圖2），ML2020R在低溫下的電池性能變化類似，但不太明顯。在施加到另一個電池的相同負載下，最初在-15°C下觀察到ML2020R測量電壓的偏差。 隨著負載電流要求的提高，這一點再次變得更加明顯。

圖4.SRAM 數據保持電流 （ICCDR在-40°C時）。

圖4圖表是應用于圖1所示三個樣品的相同偏置的結果，但現在元件外殼溫度為-40°C。

給定相同的供應商X 256kb，溫度的降低提高了片上晶體管閾值，足以切斷存儲芯片內的任何寄生泄漏路徑。如果使用 BR2032，這有效地將 SRAM 負載增加到大于 11MΩ，如果使用 ML2020R 則大于 20MΩ。

結論

對于備用電源負載計算，低功耗CMOS存儲器的有效電阻與溫度成反比。圖5顯示了這種關系，使用了所分析的電池樣本施加的典型偏差。

圖5.SRAM有效加載。

當將SRAM有效電阻（圖5）與電池電流傳輸能力（圖2和圖3）進行比較時，很明顯，在此溫度范圍內的最差情況下SRAM負載電阻遠高于任一電池化學的任何電化學效率損失區域。

使用任何采樣內存組件，這兩種電池都可以有效運行至少 5 年以上的連續電池備份。

審核編輯：郭婷