Smart Power Meters & Energy Subsystems – FeRAM im Einsatz

Herausforderung im Smart-Grid-Segment

In modernen Smart-Grid-Anwendungen wie intelligenten Stromzählern (Smart Metern) und Energie-Subsystemen stehen Zuverlässigkeit und Langlebigkeit an erster Stelle. Geräte in diesem Bereich – von 3-Phasen-Stromzählern bis zu dezentralen Sensorsystemen – müssen oft über 10 Jahre wartungsfrei betrieben werden können. Gleichzeitig fallen kontinuierlich Messdaten an (z. B. Verbrauchswerte, Netzspannungen, Ereignisse), die in Echtzeit gespeichert werden müssen. Eine besondere Herausforderung besteht darin, diese Daten auch bei Stromausfall oder Spannungseinbrüchen sicher zu bewahren. Nur so bleiben Verbrauchsabrechnungen korrekt und lückenlos. Außerdem sollen Manipulationsversuche – etwa das Öffnen des Gehäuses oder der Einsatz starker Magneten – sofort detektiert und protokolliert werden.

Typische technische Probleme bei konventionellen Speichern

Die meisten herkömmlichen nichtflüchtigen Speicher (EEPROM, Flash) erfüllen die oben genannten Anforderungen nur bedingt. Ein zentrales Problem ist die begrenzte Zahl an erlaubten Schreibzyklen. In einem Smart Meter, das minütlich oder gar sekündlich neue Verbrauchsdaten loggt, kann diese Grenze schnell erreicht sein. Entwickler müssen daher entweder mit aufwändigem Wear-Leveling arbeiten oder die Schreibfrequenz einschränken – beides suboptimal.

Hinzu kommt die vergleichsweise geringe Schreibgeschwindigkeit: Schreibvorgänge dauern oft mehrere Millisekunden und erfolgen seitenweise statt byteweise. In Echtzeit-Anwendungen kann dies zu Datenverlust führen, wenn der Speicher nicht schnell genug schreibt oder wenn vor Abschluss des Vorgangs ein Stromausfall eintritt.

Ein weiteres Problem ist der hohe Energiebedarf beim Schreiben. EEPROMs und Flash benötigen oft interne Ladungspumpen mit entsprechendem Stromverbrauch. In Geräten mit Backup-Kondensatoren oder Batterieversorgung – etwa für den „Last Gasp“ bei Netzausfall – ist das kritisch. Schließlich erfordern batteriegepufferte SRAMs regelmäßige Wartung, was langfristig wartungsfreie Systeme ausschließt.

FeRAM von RAMXEED als Lösungsansatz

FeRAM (Ferroelectric RAM) kombiniert die Geschwindigkeit von RAM mit der Nichtflüchtigkeit von EEPROM und Flash. Die Speicherbausteine von RAMXEED (ehemals Fujitsu Semiconductor) bieten dabei mehrere technische Vorteile, die sie ideal für den Einsatz in Energieerfassungssystemen machen:

• Sehr schnelle Schreibvorgänge: Daten werden nahezu verzögerungsfrei geschrieben – ideal für Echtzeit-Logging und für das Sichern letzter Werte bei Stromausfall. Byteweises Schreiben ohne vorheriges Löschen ganzer Blöcke vereinfacht das Datenhandling.
• Hohe Schreibzyklenfestigkeit: FeRAM kann über viele Milliarden bis Billionen Zyklen hinweg beschrieben werden – ein deutlicher Vorteil gegenüber EEPROM oder Flash. Selbst bei sekündlicher Datenspeicherung über viele Jahre ist kein Verschleiß zu erwarten.
• Niedriger Energieverbrauch: Schreibvorgänge benötigen kaum Strom, da keine Ladungspumpen oder Erase-Zyklen erforderlich sind. Das schont Batterien oder Kondensatoren im Notbetrieb und reduziert den Energiebedarf im Dauerbetrieb.
• Zuverlässige Datenerhaltung: Geschriebene Daten bleiben auch bei vollständigem Stromausfall erhalten. FeRAM ist nichtflüchtig und temperaturstabil – ein zentraler Vorteil für Outdoor-Geräte oder Anwendungen mit sporadischer Stromversorgung.
• Robust gegenüber Umwelteinflüssen: FeRAM ist unempfindlich gegenüber Magnetfeldern und elektromagnetischen Störungen, wie sie etwa in Trafostationen auftreten können. Auch gezielte Manipulationsversuche mit Magneten können den Speicherinhalt nicht beeinflussen.

RAMXEED bietet ein breites Portfolio an FeRAM-Bausteinen mit SPI- oder I²C-Schnittstelle in Kapazitäten von wenigen Kilobit bis zu mehreren Megabit – vielfach pinkompatibel zu EEPROMs. Damit lassen sich bestehende Designs in vielen Fällen ohne Hardwareänderungen aufrüsten. Für sicherheitskritische oder industrielle Anwendungen stehen zudem Automotive-qualifizierte Varianten mit erweitertem Temperaturbereich zur Verfügung.

Typische Einsatzbereiche

Neben Smart Metern und Energiemodulen eignet sich FeRAM auch für weitere industrielle Anwendungen, bei denen häufiger Datenzugriff mit sicherer Speicherung kombiniert werden muss:

• Industrielle Steuerungen (PLC): Hier kann FeRAM Zustände, Konfigurationen oder Fehlerprotokolle auch bei Stromausfall sicher speichern – ohne Batterie.
• Notfallsysteme und Logger: In sicherheitskritischen Geräten (z. B. Airbagsteuergeräte, USV) können letzte Betriebszustände ohne Verzögerung gesichert werden.
• Medizintechnik und Sensorik: Energieautarke Geräte profitieren vom niedrigen Energiebedarf und der hohen Zuverlässigkeit bei der Datenhaltung.

FeRAM ist damit überall dort sinnvoll, wo hohe Schreiblast, Energieeffizienz und Datensicherheit aufeinandertreffen – auch wenn die Kapazität im Vergleich zu Flash geringer ist.

Rolle von Memorysolution bei Auswahl und Umsetzung

Die Auswahl des passenden Speicherbausteins hängt stark von der konkreten Anwendung ab. Als beratender Distributor unterstützt Memorysolution Entwickler:innen, Systemintegratoren und OEMs bei der erfolgreichen Integration von FeRAM – sowohl technisch als auch logistisch:

• Kompetente Auswahlberatung: Interface, Kapazität, Temperatureignung oder Zertifizierung – Memorysolution hilft bei der Auswahl der optimalen RAMXEED-Komponente.
• Design-in-Unterstützung: Bei der Integration in bestehende Schaltungen oder Softwaredesigns unterstützt Memorysolution mit technischem Know-how, Mustern, Referenzdesigns und Application Notes.
• Langfristige Versorgung: Gerade bei langlebigen Geräten ist die Sicherstellung der Lieferfähigkeit entscheidend. Memorysolution übernimmt Forecast-Management, EOL-Monitoring und Bevorratung – zuverlässig über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg.

Durch diese enge Partnerschaft mit RAMXEED und die technische Unterstützung im Design-in-Prozess schafft Memorysolution die Grundlage für langlebige, wartungsfreie Geräte auf Basis moderner FeRAM-Technologie.  

Fazit: Technischer und wirtschaftlicher Mehrwert

FeRAM bietet in energie- und datenkritischen Anwendungen wie Smart Power Metern deutliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Speichern: Hohe Schreibzyklenfestigkeit, geringer Energiebedarf und zuverlässige Datensicherheit auch bei Stromausfall machen FeRAM zur optimalen Lösung für langlebige Embedded-Systeme. RAMXEED liefert mit seinem spezialisierten FeRAM-Portfolio die passende Technologie, während Memorysolution Entwickler bei der Auswahl und Implementierung unterstützt – mit technischer Expertise und zuverlässiger Distribution. So entsteht eine zukunftssichere Speicherlösung, die nicht nur technisch überzeugt, sondern auch langfristig wirtschaftliche Vorteile bietet.