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铁电存贮器FRAM技能原理

铁电存贮器是一种全新的存贮器,它的核心技术是铁电晶体材料。铁电存贮器的最大特点是可以跟随总线速度无限次的写入,而且写入功耗极低。文中给出了 FRAM铁电存贮器与普通存贮器的性能比较。指出了FRAM的主

1 导言

  铁电存贮器(FRAM)的核心技能是铁电晶体材料。这一特别材料使得铁电存贮器产品一起具有随机存取回忆体(RAM)和非易失性存贮器产品的两层特性。

铁电晶体材料的作业原理是:当咱们把电场加载到铁电晶体材料上时,晶阵中的中心原子会沿着电场方向运动,最终抵达安稳状况。晶阵中的每个自在起浮的中心原子只要两个安稳状况。一个回忆逻辑中的0,另一个记亿1。该中心原子能在常温且没有电场的状况下逗留在此状况达一百年以上。因而,铁电回忆体不需求守时改写便能在断电状况下保存数据。

因为在整个物理过程中没有任何原子磕碰,因而铁电回忆体(FRAM)具有高速读写、超低功耗和无限次写入等超级特性。

2 存贮器的基础知识

  传统半导体回忆体有易失性回忆体(volatilememory)和非易失性回忆体(non-volatile memory)两大体系。易失性回忆体如SRAM和DRAM,它们在没有电源的状况下都不能保存数据,但这种存贮器具有快速、易用及功能好等长处。

  而非易失性回忆体(像EPROM,EEPROM和FLASH)则可在断电后继续保存材料。但因为所有这些回忆体均起源于只读存贮器(ROM)技能,所以它们都有不易写入的缺陷。确切的说,这些缺陷包含写入缓慢、写入次数有限以及写入时需求较大功耗等。

  图1是16kB铁电存贮器(FRAM)和16kBEEP-ROM的功能比较。能够看出:FRAM第一个最显着的长处是FRAM能够跟从总线速度(busspeed)写入。与EEPROM的最大不同就是FRAM在写入后无须任何等候时间。而EEPROM则要等候几毫秒(ms)才干写进下一笔材料。

  铁电存贮器(FRAM)的第二大长处是简直能够无限次写入。当EEPROM只能敷衍十万(10的5次方)至一百万次写入时,新一代的铁电存贮器(FRAM)已可到达一亿个亿次(10的16次方)的写人寿数。

  铁电存贮器(FRAM)的第三大长处是超低功耗。EEPROM的慢速和高电流写入使得它需求有高出FRAM存贮器2,500倍的能量去写入每个字节。

  表1给出了16kB内存在总线速度为400kHz时,FM24C16型铁电存贮器与其它几种存贮器的功能比较。

  因为铁电存贮器(FRAM)包含了RAM技能的长处,又一起具有ROM技能的非易失性特色。因而,为业界供给了一个簇新的存贮器产品:一个非易失性的RAM。

3 FRAM铁电存贮器的使用

  一般人们往往用EEPROM来存储设置材料和发动程序,而用SRAM来暂存体系或运算变数。但假如掉电后这些数据仍需保存的话,人们会经过加上后备电池的办法去完成。好久以来,人们都没有查验这种回忆体架构的合理性。铁电存贮器(FRAM)的呈现为我们供给了一个简练而高功能的一体化存贮技能的新设想。

3.1 数据收集和记载

  铁电存贮器(FRAM)的呈现使工程师能够运用非易失性的特色进行屡次高速写入。而在这曾经,在只要EEPROM的状况下,很多数据收集和记载对工程师来说是一件非常头疼的事。

数据收集包含记载和储存数据。更重要的是能在失掉电源的状况下不丢掉任何材料。在数据收集的过程中,一般数据均需求不断高速写入并对旧材料进行更新。 EEPROM的写入寿数和速度往往不能满足要求。而现在的FRAM便可在现代外表(电力表,水表,煤气表,暖气表,记程车表)、丈量、医疗外表、非触摸式聪明卡(RFID)、门禁体系以E及轿车记载仪(了解轿车事端的黑匣子)等体系中得到广泛的使用。

3.2 存储装备参数(Configuration/Setting Data)

  以往在只要EEPROM的状况下,因为写入次数的约束,工程师们只能在侦测到掉电的时分,才把更新了的装备参数及时地存进EEPROM里。这种做法很显着地存在着牢靠性问题。铁电存贮器(FRAM)的推出使工程师能够有更大的空间去挑选实时记载最新的装备参数。然后免去了是否能在掉电时及时写入的担忧。因而可广泛用于电子电话簿、影印机、打印机、工业操控、机顶盒(Set-Top-Box)、网络设备、TFT屏显、游戏机、主动贩卖机等体系。

3.3 非易失性缓冲(buffer)回忆

  铁电存贮器(FRAM)无限次快速擦写特性使得这种产品非常适合于担任重要体系里的暂存(buffer)回忆体。在一些重要体系里,往往需求把材料从一个子体系非实时地传到另一个子体系去。因为材料的重要性,缓冲区内的数据在掉电时不能丢掉。以往,工程师们只能经过SRAM加后备电池的办法去完成。这种办法隐藏着电池耗尽,化学液体泄出等安全和牢靠性问题。铁电存贮器(FRAM)的呈现为业界供给了一个高牢靠性,并且低本钱的计划。然后使得用于银行主动提款机(ATM)、税控机、商业结算体系(POS)、传真机等体系中时愈加安全牢靠。

3.4 SRAM的替代和扩展

  铁电存贮器(FRAM)以其无限次快速擦写和非易失性等特色,令体系工程师能够把现在在线路板上别离的SRAM和EEPROM器材整合到一个铁电存贮器(FRAM)里。然后为整个体系节省出更多的功率、本钱和空间。一起也增加了整个体系的牢靠性。 不难设想,人们能够用铁电存贮器(FRAM)加一个廉价的单片机(microcontroller)来替代一个较贵的SRAM嵌入式单片机和外围EEPROM。

4 RAMTRONFRAM铁电存贮器

  Ramtron串行(serial)非易失性RAM尊循规范工业接口。2-wire产品可为单片机(microcontroller)配选最少的接线。而SPI产品尽管需求多一至两个接线,但具有高速和通讯协议简略的长处。
表2给出了RAMTRON串行FRAM产品的类型及其参数。表3所示列为并排FRAM的类型参数。

Ramtron并排(parallel)非易失性RAM与规范的SRAM管脚兼容。且其并行FRAM对SRAM加后备电池计划做了较大改善。体系工程师再不需求忧虑电池干枯,也不需求体系里加上蠢笨的机械设备。FRAM的封装就象SRAM相同有简略的贴片封装(SO%&&&&&%)或插脚封装(DIP),然后使您能够定心将电池仍掉了!

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