铁电存储器(FRAM)产品将ROM的非易失性数据存储特性和RAM的无限次读写、高速读写以及低功耗等优势结合在一起。FRAM产品包括各种接口和多种密度，像工业标准的串行和并行接口，工业标准的封装类型，以及4Kbit、16Kbit、64Kbit、256Kbit和1Mbit等密度。
首先要说明的是铁电存储器和浮动栅存储器的技术差异。现有闪存和EEPROM都是采用浮动栅技术，浮动栅存储单元包含一个电隔离门，浮动栅位于标准控制栅的下面及通道层的上面。浮动栅是由一个导电材料，通常是多芯片硅层形成的 (如图2所示)。浮动栅存储单元的信息存储是通过保存浮动栅内的电荷而完成的。利用改变浮动栅存储单元的电压就能达到电荷添加或擦除的动作，从而确定存储单元是在 ”1”或“0” 的状态。但是浮动栅技术需使用电荷泵来产生高电压，迫使电流通过栅氧化层而达到擦除的功能，因此需要5-10ms的擦写延迟。高写入功率和长期的写操作会破坏浮动栅存储单元，从而造成有限的擦写存储次数（例如：闪存约十万次，而EEPROM则约1百万次)。
铁电存储器是一种特殊工艺的非易失性的存储器，是采用人工合成的铅锆钛(PZT) 材料形成存储器结晶体，如图3所示。当一个电场被施加到铁晶体管时，中心原子顺着电场停在低能量状态I位置，反之，当电场反转被施加到同一铁晶体管时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动并停在另一低能量状态II。大量中心原子在晶体单胞中移动耦合形成铁电畴，铁电畴在电场作用下形成极化电荷。铁电畴在电场下反转所形成的极化电荷较高，铁电畴在电场下无反转所形成的极化电荷较低，这种铁电材料的二元稳定状态使得铁电可以作为存储器。
图1、电子电能表的基本电路方块图。
图2、浮动栅存储单元
图3、铁电存储器结晶单元。
特别是当移去电场后，中心原子处于低能量状态保持不动，存储器的状态也得以保存不会消失，因此可利用铁电畴在电场下反转形成高极化电荷，或无反转形成低极化电荷来判别存储单元是在 ”1”或 “0” 状态。铁电畴的反转不需要高电场，仅用一般的工作电压就可以改变存储单元是在 ”1”或 “0” 的状态；也不需要电荷泵来产生高电压数据擦除，因而没有擦写延迟的现象。这种特性使铁电存储器在掉电后仍能够继续保存数据，写入速度快且具有无限次写入寿命，不容易写坏。所以，与闪存和EEPROM 等较早期的非易失性内存技术比较，铁电存储器具有更高的写入速度和更长的读写寿命。
铁电存储器（ＦＲＡＭ）能兼容ＲＡＭ的一切功能，并且和ＲＯＭ技术一样，是一种非易失性的存储器。铁电存储器在这两类存储类型间搭起了一座跨越沟壑的桥梁——一种非易失性的ＲＡＭ。
相对于其它类型的半导体技术而言，铁电存储器具有一些的特性。传统的主流半导体存储器可以分为两类－－易失性和非易失性。易失性的存储器包括静态存储器ＳＲＡＭ和动态存储器ＤＲＡＭ。ＳＲＡＭ和ＤＲＡＭ在掉电的时候均会失去保存的数据。ＲＡＭ类型的存储器易于使用、性能好，可是它们同样会在掉电的情况下会失去所保存的数据。
非易失性存储器在掉电的情况下并不会丢失所存储的数据。然而所有的主流的非易失性存储器均源自于只读存储器（ＲＯＭ）技术。正如你所猜想的一样，被称为只读存储器的东西肯定不容易进行写入操作，而事实上是根本不能写入。所有由ＲＯＭ技术研发出的存储器则都具有写入信息困难的特点。这些技术包括有ＥＰＲＯＭ（几乎已经废止）、ＥＥＰＲＯＭ和Ｆｌａｓｈ。这些存储器不仅写入速度慢，而且只能有限次的擦写，写入时功耗大。
铁电存储器能兼容ＲＡＭ的一切功能，并且和ＲＯＭ技术一样，是一种非易失性的存储器。铁电存储器在这两类存储类型间搭起了一座跨越沟壑的桥梁－－一种非易失性的ＲＡＭ。
当一个电场被加到铁电晶体时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动。当原子移动时，它通过一个能量壁垒，从而引起电荷击穿。内部电路感应到电荷击穿并设置存储器。移去电场后，中心原子保持不动，存储器的状态也得以保存。铁电存储器不需要定时更新，掉电后数据能够继续保存，速度快而且不容易写坏。
铁电存储器技术和标准的ＣＭＯＳ制造工艺相兼容。铁电薄膜被放置于ＣＭＯＳ基层之上，并置于两电极之间，使用金属互连并钝化后完成铁电制造过程。
Ｒａｍｔｒｏｎ公司的铁电存储器技术到现在已经相当的成熟。最初的铁电存储器采用两晶体管／两电容器（２Ｔ／２Ｃ）的结构，导致元件体积相对过大。最近随着铁电材料和制造工艺的发展，在铁电存储器的每一单元内都不再需要配置标准电容器。Ｒａｍｔｒｏｎ新的单晶体管／单电容器结构可以像ＤＲＡＭ一样，使用单电容器为存储器阵列的每一列提供参考。与现有的２Ｔ／２Ｃ结构相比，它有效的把内存单元所需要的面积减少一半。新的设计极大的提高了铁电存储器的效率，降低了铁电存储器产品的生产成本。
Ｒａｍｔｒｏｎ公司同样也通过转向更小的技术节点来提高铁电存储器各单元的成本效率。最近采用的０．３５微米的制造工艺相对于前一代０．５微米的制造工艺，极大的降低了芯片的功耗，提高了单个晶元的利用率。
所有这些令人振奋发展使铁电存储器在人们日常生活的各个领域广为应用。从办公室复印机、服务器到汽车安全气囊和娱乐设施，铁电存储器不断改进性能在世界范围内得到广泛的应用。
一． 概述：
FRAM是最近几年由RAMTRON公司研制的新型存贮器，它的核心技术是铁电晶体材料，拥有随即存取记忆体和非易失性存贮产品的特性。FM24C256是一种铁电存贮器（FRAM）,容量为256KBIT存贮器，它和AT24C256容量等同，总线结构兼容，但FM24C256的性能指标远大于AT24C256。在存贮器领域中，FM24C256应用逐渐被推广和认可，尤其是大容量存贮器，它的优良特性远高于同等容量的EEPROM。在电子式电能表行业中，数据安全保存是最重要的。随着电子表功能的发展，保存的数据量越来越大，这就需要大容量的存储器，而大容量的EEPROM性能指标不是很高，尤其是擦写次数和速度影响电能表自身的质量。FM24C256在电能表中的使用，会提高电能表的数据安全存贮特性。
二． 铁电存贮器（FRAM）FM24C256的特性：
传统半导体记忆体有两大体系：易失性记忆体（volatile memory）和非易失性记忆体（non-volatile memory）。
易失性记忆体像SRAM和DRAM在没有电源的情况下都不能保存数据。但这种存贮器拥有高性能、易用等优点。
非易失性记忆体像EPROM，EEPROM和FLASH 能在断电后仍保存数据。但由于所有这些记忆体均起源自ROM技术，所以不难想象得到他们都有不易写入的缺点：写入缓慢、读写次数低、写入时工耗大等。
FM24C256是一个256Kbit 的FRAM，总线频率可达1MHz，10亿次以上的读写次数，工耗低。与典型的EEPROM AT24C256相比较，FM24C256可跟随总线速度写入，无须等待时间，而AT24C256必须等待几毫秒（ms）才能进行下一步写操作。FM24C256可读写10亿次以上，几乎无限次读写。而AT24C256只有10万之一百万次读写。另外，AT24C256读写能量高出FM24C256有2，500倍。从比较中看出，FM24C256包含了RAM技术优点，同时拥有ROM技术的非易失性特点。
三． FM24C256的应用：
在仪表设计中，数据的安全存贮非常重要。如电子式电能表，它在运行期间时刻都在记录数据，
如果功能设计比较多，那么保存的数据量大，擦写次数比较多。这要求有一个高性能的存贮器才能满足要求。现在的仪表设计，寿命要求长，数据保存安全期长。目前，FM24C256是非常适合仪表设计要求的存贮器。它的性能指标完全达到设计要求，解决了仪表中的设计忧虑。更重要的是，它的存贮时间短，能够在极短的时间内保存大量数据，解决了仪表在突然断电时数据及时、安全的存贮。RAMTRON公司研制的FM24C256，为了普及使用，存贮指令和AT24C256兼容，只是在读写指令和应答是不需要延时，提高了擦写速率。封装体积、功能管角和AT24C256一样，使设计者容易接受和运用。
写子程序：
WRITE：
CLR1 PM.3 ;;设置P4.3为输出状态
CLR1 P4.2
CLR1 P4.3
CLR1 P4.1 ；；打开写保护
CALL !SENDSTART ；；发送起始位
MOV A,#10100000B
CALL !SENDCOM ;;发送写命令
BC $WNOACKX ；；没应答则错误返回
NOP
CLR1 P4.2
CLR1 PM4.3 ;; 设置P4.3为输出状态
MOV A,D ;;D中存放所写单元高地址
CALL !SENDCOM ；；发送所写单元高地址
BC $WNOACKX ；；；没应答则错误返回
CLR1 PM4.3 ;; 设置P4.3为输出状态
MOV A,E ；；;;E中存放所写单元低地址
CALL !SENDCOM ；；发送所写单元低地址
BC $WNOACKX ；；没应答则错误返回
CLR1 PM4.3 ;; 设置P4.3为输出状态
MOV A,[HL] ;;[HL] 中存放所写数据
CALL !A24SENDC ；；发送所写数据
CLR1 CY
SET1 P4.1 ；；写保护
WNOACKX：
SET1 CY
RET
SENDSTART: 发送起始位子程序
SET1 P4.2
SET1 P4.3 ;;发起始位
NOP
NOP
CLR1 P4.3
CLR1 4.2
RET
SENDCOM: 发送命令子程序
CALL !A24SENDC
CLR1 P4.2
SET1 PM4.3 ;;设置P4.3为输入状态
NOP
NOP
NOP
SET1 4.2
BT P4.3,$DCOM1 ;测试应答信号，有应答CY=1，否则CY=0
CLR1 CY
RET ;BR RNOACK
DCOM1:
SET1 CY
RET
A24SENDC: 发送数据子程序
CLR1 CY
MOV B,#08H ;;发送8位
SENDREP:
CLR1 P4.2
NOP
CLR1 P4.3
ROLC A,1 ；；左移一位
BNC $SENDPD
SET1 P4.3
SENDPD:
NOP
SET1 P4.2
NOP
DBNZ B,$SENDREP ；8位发送完返回
RET
读子程序：
READ:
CLR1 PM4.3 ；；;; 设置P4.3为输出状态
CALL !SENDSTART ；发送起始位
MOV A,#10100000B
CALL !SENDCOM ;; ；发送读命令
BC $RNOACK ；； 没应答则错误返回
CLR1 P4.2
CLR1 PM4.3 ;; 设置P4.3为输出状态
MOV A,D ;D中存放所读单元高地址
CALL !SENDCOM ；；发送所读单元高地址
BC $RNOACK ; 没应答则错误返回
CLR1 PM4.3 ；；设置P4.3为输出状态
MOV A,E ；；;E中存放所读单元低地址
CALL !SENDCOM ；；发送所读单元低地址
BC $RNOACK ；；没应答则错误返回
CLR1 P4.2
CLR1 PM4.3 ；；设置P4.3为输出状态
SET1 P4.2
SET1 4.3
NOP
NOP
CLR1 P4.3
CLR1 P4.2
CALL !SENDSTART ；发送起始位
MOV A,#10100001B
CALL !SENDCOM ;;发送读命令
BC $RNOACK
CLR1 P4.2
SET1 PM4.3
CALL !N24READB ；；读数据
CLR1 SK256
CLR1 PM4.6
CALL !SENDSTOP ；；发送停止位
READRET:
CLR1 CY
RET
RNOACK:
SET1 CY
RET
N24READB:
MOV B,#08H
READREPX:
CLR1 P4.2
NOP
NOP
NOP
SET1 P4.2
NOP
NOP
NOP
CLR1 CY
BF P4.3,$READPD
SET1 CY
READPD:
ROLC A,1 ;;左移1位
NOP
NOP
NOP
DBNZ B,$READREPX ；；判断是否接受8位
RET
SENDSTOP: 发送停止位
CLR1 P4.3
NOP
SET1 P4.2
NOP
SET1 P4.3
NOP
RET
四． 小结：
FM24C256 是一种高性能的存贮器，性能指标远远大于EEPROM。在电子式电能表应用中，数据擦写次数比较频繁，而且在掉电存贮时数据量大、时间短，怎样安全可靠快速的保存数据一个关键的技术。所以，FM24C256的优良特性非常适合仪表中使用，如电能表、水表、煤气表、暖气表、计程车表、医疗仪表等应用广泛。它的封装形式有SOIC和DIP。
