FRAM存储器

基本原理

　　铁电晶体材料的工作原理是: 当我们把电场加载到铁电晶体材料上，晶阵中的中心原子会沿着电场方向运动，到达稳定状态。晶阵中的每个自由浮动的中心原子只有两个稳定状态，一个我们记作逻辑 0，另一个记作逻辑 1。中心原子能在常温﹑没有电场的情况下停留在此状态达一百年以上。 由于在整个物理过程中没有任何原子碰撞，铁电存储器(FRAM)拥有高速读写，超低功耗和无限次写入等特性。

特点及应用

　　● 采用2048×8位存储结构；

　　● 读写次数高达1百亿次；

　　● 在温度为55℃时，10年数据保存能力；

　　● 无延时写入数据；

　　● 先进的高可靠性铁电存储方式；

　　● 连接方式为高速串行接口（SPI）总线方式，且具有SPI方式0和3两种方式；

　　● 总线频率高达5MHz；

　　● 硬件上可直接取代EEPROM；

　　● 具有先进的写保护设计，包括硬件保护和软件保护双重保护功能；

　　● 低功耗，待机电流仅为10μA；

　　● 采用单电源+5V供电；

　　● 工业温度范围：-40℃至+85℃；

　　● 采用8脚SOP 或DIP封装形式；

　　基于以上特点， FRAM存储器非常适用于非易失性且需要频繁快速存储数据的场合。其应用范围包括对写周期时序有严格要求的数据采集系统和使用EEPROM时由于其写周期长而可能会引起数据丢失的工业控制等领域。

几点说明

　　(1) 早期的FRAM读/写速度不一样，写入时间更长一些，在使用上要注意。近期的FRAM读/写速度是一样的。例如，上述FM1808的一次读/写时间为70 ns。一般地，一次读/写的时间短，而连续的读/写周期要长一些。例如，Ramtron公司新近推出的128 K×8 bit的FRAM芯片FM20L08的一次读/写时间为60ns，而其连续的读/写周期为150 ns。这对多数工控机来说还是可以满足要求的。

　　(2) FRAM在功耗、写入速度等许多方面都远远优于EPROM或EEPROM。这里特别提出的是写入次数，FRAM比EPROM或EEPROM要大得多。EPROM的写入次数在万次左右，而EEPROM的写入次数一般为1万～10万次，个别芯片能达到100万次。

　　早期的FRAM的写入次数为几百亿次，而目前的芯片可达万亿次甚至是无限多次。

　　(3) 在FRAM家族中，除了上述并行的FRAM芯片外，还有串行FRAM芯片。与串行EEPROM一样，串行FRAM只能用作外存。显然，利用串行FRAM可以构成IC卡。

指令集

　　以FM25C160为例，其SPI协议有操作指令来控制。当片选信号有效时（/CS=0） ，对FM25C160 操作的个字节为命令字，紧接其后的是 11 位有效地址和传送数据。FM25C160 操作指令集（如表2所示）共有6条指令，可分为3类：

　　类为指令后不接任何操作数，该类指令用于完成某一特定功能。包括WREN 和WRDI；第二类为指令之后接一个字节，这类指令可用来完成对状态寄存器的操作。

　　包括RDSR和WRSR；第三类是对存储器进行读写操作的指令， 该类指令之后紧接着的是存储器地址和一个或多个地址数据。包括READ和WRITE。

　　所有的指令，地址与数据都是以MSB（有效位）在前的方式传送。

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典型应用

　　FRAM技术的多功能性满足多种不同的应用。很明显，更高的读写次数和更快的读写速度使得FRAM在可多次编程应用中比EEPROM性能更加优越。 其应用主要包括：数据采集和记录，存储配置参数(Configuration/Setting Data)，非易失性缓冲(buffer)记忆和SRAM的取代和扩展等。

　　下面给出AT89C51单片机与FM25C160的接口电路图及对FM25C160的写操作流程图。该应用系统可在FM25C160芯片的400H～7FFH地址范围存放控制系统的重要参数，而将其余的000H～3FFH留给用户使用。