兩項(xiàng)主要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)

目前汽車(chē)安全氣囊系統(tǒng)引入了兩項(xiàng)主要的創(chuàng)新技術(shù)。

第一，新型的安全氣囊系統(tǒng)增加了「智能性」，不同于以往系統(tǒng)一律採(cǎi)用最大的展開(kāi)力，好像所有的事故和乘客都是一模一樣的。新系統(tǒng)是根據(jù)事故和乘客的具體參數(shù)來(lái)決定氣囊的展開(kāi)力度。這些參數(shù)可能包括碰撞的嚴(yán)重程度、乘客的體重和座椅相對(duì)氣囊的位置等。這種可變的展開(kāi)力將會(huì)大受那些曾有過(guò)普通安全氣囊沖擊而造成不愉快經(jīng)驗(yàn)的人士歡迎。智能氣囊還能識(shí)別乘客座椅是否空置，以決定需不需要展開(kāi)乘客安全氣囊。

第二，越來(lái)越多的車(chē)輛安裝了事故數(shù)據(jù)記錄儀（EDR），是以用來(lái)收集碰撞相關(guān)的資訊，類(lèi)似于飛機(jī)「黑匣子」。EDR功能一般被包含在安全氣囊電子控制單元（ECU）中。這種置配很自然，因?yàn)镋DR沒(méi)有飛機(jī)黑匣子的那種存活性要求，安全氣囊控制器主要是接收各個(gè)重要感測(cè)器的輸入資訊。而車(chē)輛製造商也指出沒(méi)有空間安裝獨(dú)立式的EDR。

這兩種安全氣囊儲(chǔ)存應(yīng)用都有記憶體需求，但彼此差異很大。鑒于在嚴(yán)重的事故中，系統(tǒng)很有可能掉電，因此都需要非揮發(fā)性記憶體。

獨(dú)特記憶體用于新安全氣囊

在「智能安全氣囊」系統(tǒng)上ECU設(shè)計(jì)人員希望針對(duì)具體的事故採(cǎi)用合適的展開(kāi)力。這就不僅需要加速資訊，同時(shí)也需要乘客資訊。新型的智能安全氣囊系統(tǒng)對(duì)記憶體有獨(dú)特的要求，即需要把直到事故發(fā)生前的乘客資訊都記錄下來(lái)，其中包括座椅位置和乘客體重。為了在事故之前能夠獲得有關(guān)乘客情況的可靠記錄，就必需連續(xù)儲(chǔ)存資訊。送往安全氣囊ECU的參數(shù)資料是由車(chē)輛內(nèi)部的加速感測(cè)器和感應(yīng)器產(chǎn)生的。這種連續(xù)儲(chǔ)存需要能夠遠(yuǎn)比傳統(tǒng)快閃記憶體寫(xiě)入更頻繁的記憶體技術(shù)。

EDR技術(shù)的關(guān)鍵在于所需的資料量及儲(chǔ)存這些資料所需要的時(shí)間。新的規(guī)范將大大擴(kuò)展需要採(cǎi)集的資料。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，極有可能出現(xiàn)掉電情況。對(duì)于這種情況，EDR系統(tǒng)必須趕在系統(tǒng)電源失去之前把資料保存下來(lái)。事故中，供電可能會(huì)突然失去，而傳統(tǒng)的非揮發(fā)性?xún)?chǔ)存解決方桉需要很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)對(duì)新資訊進(jìn)行寫(xiě)入。

非揮發(fā)性鐵電記憶體

非揮發(fā)性鐵電記憶體（FRAM）便提供了能解決上述需求的技術(shù)能力。它和其他非揮發(fā)性方桉一樣都能提供可靠的非揮發(fā)性?xún)?chǔ)存能力，特別出眾之處在于它的可讀寫(xiě)次數(shù)非常多，寫(xiě)入速度也極快。

安全氣囊應(yīng)用中最常選用帶有串列外設(shè)界面（SPI）的5V工作電壓FRAM記憶體。這些器件具有超過(guò)1萬(wàn)億次（1后面12個(gè)零）的擦寫(xiě)次數(shù)，足以讓智能安全氣囊連續(xù)寫(xiě)入，以提供無(wú)縫的乘客資料記錄。這些器件也可以在匯流排界面速度下進(jìn)行寫(xiě)操作，速度可以從5MHz到20MHz搭配無(wú)延遲（NoDelay?）寫(xiě)操作能夠讓主處理器盡可能快地儲(chǔ)存資料，幾乎沒(méi)有資訊丟失的風(fēng)險(xiǎn)。FRAM具備的非揮發(fā)性特點(diǎn)、無(wú)限的擦寫(xiě)次數(shù)，以及快速資料寫(xiě)入能力，是下一代安全氣囊系統(tǒng)的理想記憶體。

采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS制程制造

FRAM單元採(cǎi)用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)CMOS製程製造，通過(guò)兩個(gè)電極板之間的鐵電晶體來(lái)形成電容，類(lèi)似于DRAM電容的構(gòu)造。但是不像一般的揮發(fā)性記憶體那樣把數(shù)據(jù)作為電容上的電荷來(lái)儲(chǔ)存，F(xiàn)RAM是把數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在鐵電晶體內(nèi)。當(dāng)在鐵電晶體上施加一定電場(chǎng)時(shí)，晶陣的中心原子在電場(chǎng)作用下沿電場(chǎng)方向在晶體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，它通過(guò)一個(gè)能量壁壘（energy barrier）造成電荷尖峰。內(nèi)部電路感測(cè)到這一電荷尖峰，并且設(shè)置記憶體。電場(chǎng)消失后，中心原子會(huì)保持在原來(lái)的位置，從而保存記憶體的狀態(tài)。

所以，F(xiàn)RAM記憶體不需要定期刷新，掉電后仍然會(huì)保存數(shù)據(jù)。它的速度很快，而且實(shí)際沒(méi)有壽命限制。這些特性使它完全能夠以極小的時(shí)間間隔寫(xiě)入數(shù)據(jù)，從而確保所保存狀態(tài)的正確性。例如，一個(gè)16-Kbit（2K byte）的器件可以超低功耗在3.3毫秒內(nèi)被寫(xiě)入。另外，它能夠每秒刷新10,000次（每100微秒寫(xiě)一次），工作壽命長(zhǎng)達(dá)25,000小時(shí)。

最近，韓國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)（Hyundai Autonet）決定在它的下一代智能安全氣囊系統(tǒng)中採(cǎi)用非揮發(fā)性鐵電隨機(jī)存取記憶體（FRAM）。而現(xiàn)代汽車(chē)是繼美國(guó)、亞洲、日本和歐洲另外8家汽車(chē)製造商之后，選用FRAM技術(shù)來(lái)為智能安全氣囊系統(tǒng)和相關(guān)的碰撞事故資料記錄儀提供「智能性」的又一家知名公司。

以前汽車(chē)應(yīng)用中所用的主要非揮發(fā)性?xún)?chǔ)存技術(shù)是浮柵器件，如EEPROM或快閃記憶體。浮柵器件通過(guò)一層SiO2 薄膜把多晶硅柵與溝道隔離開(kāi)來(lái)。要對(duì)器件進(jìn)行編程，需在控制柵上產(chǎn)生很高的電壓，使得電子可獲得足夠的動(dòng)能，穿透隔離層，將電子（N溝道器件）加速到源極。溝道中形成了一個(gè)消耗區(qū)，這樣，在特定的柵極電壓下，已被編程的部分被置于「off（較高阻抗）」，而沒(méi)有被編程或沒(méi)有被擦寫(xiě)的器件為「on（較低阻抗）」。

隨著汽車(chē)設(shè)計(jì)要求的複雜性日益增加，浮柵儲(chǔ)存技術(shù)的局限性越來(lái)越明顯。在智能安全氣囊系統(tǒng)中，不僅必需儲(chǔ)存碰撞事故中的數(shù)據(jù)，還需要儲(chǔ)存事故發(fā)生前的數(shù)據(jù)。由于安全氣囊模組具有很大的電容，以便儲(chǔ)存足夠的能量來(lái)啟動(dòng)安全氣囊，故在事故發(fā)生之后可能有足夠的殘馀電量把緩沖器中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到非揮發(fā)性記憶體中。能夠?qū)懭氲臄?shù)據(jù)量取決于尚可用的電量，也即電容中的殘馀能量和記憶體的寫(xiě)入速度。典型2K byte浮柵記憶體的寫(xiě)入速度可以達(dá)到約每5ms寫(xiě)入4位元組。因此，要寫(xiě)入整個(gè)浮柵記憶體可能需要超過(guò)1秒以上的時(shí)間。

Ramtron的FRAM技術(shù)把鐵電材料和標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體晶片設(shè)計(jì)及製造技術(shù)結(jié)合在一起，推出了非揮發(fā)性記憶體和模擬∕溷合信號(hào)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品具有快速讀∕寫(xiě)性能、幾乎無(wú)限的擦寫(xiě)次數(shù)和靜態(tài)RAM（SRAM）的超低功耗，并在掉電時(shí)能夠安全儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，這些都是標(biāo)準(zhǔn)RAM技術(shù)所無(wú)法提供的功能。

鐵電薄膜放在CMOS基層之上，并置于兩電極板之間，使用金屬互連并鈍化后完成鐵電製造過(guò)程。