鐵電存儲(chǔ)�(FRAM)�(chǎn)品將ROM的非易失性數(shù)�(jù)存儲(chǔ)特性和RAM的無限次讀�、高速讀寫以及低功耗等�(yōu)�(shì)�(jié)合在一起�FRAM�(chǎn)品包括各種接口和多種密度,像工業(yè)�(biāo)�(zhǔn)的串行和并行接口,工�(yè)�(biāo)�(zhǔn)的封裝類�,以�4Kbit�16Kbit�64Kbit�256Kbit�1Mbit等密度�
首先要說明的是鐵電存�(chǔ)器和浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)器的技�(shù)差異?,F(xiàn)有閃存和EEPROM都是采用浮動(dòng)?xùn)偶夹g(shù),浮�(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元包含一�(gè)電隔離門,浮�(dòng)?xùn)盼挥�?biāo)�(zhǔn)控制柵的下面及通道層的上面。浮�(dòng)?xùn)攀怯梢粋€(gè)�(dǎo)電材料,通常是多芯片硅層形成� (如圖2所�)。浮�(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元的信息存�(chǔ)是通過保存浮動(dòng)?xùn)�?nèi)的電荷而完成的。利用改變浮�(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元的電壓就能達(dá)到電荷添加或擦除的動(dòng)�,從而確定存�(chǔ)單元是在 �1”或�0� 的狀�(tài)。但是浮�(dòng)?xùn)偶夹g(shù)需使用電荷泵來�(chǎn)生高電壓,迫使電流通過柵氧化層而達(dá)到擦除的功能,因此需�5-10ms的擦寫延�。高寫入功率和長(zhǎng)期的寫操作會(huì)破壞浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元,從而造成有限的擦寫存�(chǔ)次數(shù)(例如:閃存約十萬次,而EEPROM則約1百萬�)�
鐵電存儲(chǔ)器是一種特殊工藝的非易失性的存儲(chǔ)�,是采用人工合成的鉛鋯鈦(PZT) 材料形成存儲(chǔ)器結(jié)晶體,如�3所�。當(dāng)一�(gè)電場(chǎng)被施加到鐵晶體管�(shí),中心原子順著電�(chǎng)停在低能量狀�(tài)I位置,反之,�(dāng)電場(chǎng)反轉(zhuǎn)被施加到同一鐵晶體管�(shí),中心原子順著電�(chǎng)的方向在晶體里移�(dòng)并停在另一低能量狀�(tài)II。大量中心原子在晶體單胞中移�(dòng)耦合形成鐵電�,鐵電疇在電�(chǎng)作用下形成極化電�。鐵電疇在電�(chǎng)下反�(zhuǎn)所形成的極化電荷較高,鐵電疇在電場(chǎng)下無反轉(zhuǎn)所形成的極化電荷較�,這種鐵電材料的二元穩(wěn)定狀�(tài)使得鐵電可以作為存儲(chǔ)器�
�1、電子電能表的基本電路方塊圖�
�2、浮�(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)單元
�3、鐵電存�(chǔ)器結(jié)晶單元�
特別是當(dāng)移去電場(chǎng)�,中心原子處于低能量狀�(tài)保持不動(dòng),存�(chǔ)器的狀�(tài)也得以保存不�(huì)消失,因此可利用鐵電疇在電場(chǎng)下反�(zhuǎn)形成高極化電荷,或無反轉(zhuǎn)形成低極化電荷來判別存儲(chǔ)單元是在 �1”或 �0� 狀�(tài)。鐵電疇的反�(zhuǎn)不需要高電場(chǎng),僅用一般的工作電壓就可以改變存�(chǔ)單元是在 �1”或 �0� 的狀�(tài);也不需要電荷泵來產(chǎn)生高電壓�(shù)�(jù)擦除,因而沒有擦寫延遲的�(xiàn)�。這種特性使鐵電存儲(chǔ)器在掉電后仍能夠繼續(xù)保存�(shù)�(jù),寫入速度快且具有無限次寫入壽�,不容易寫壞。所�,與閃存和EEPROM 等較早期的非易失性內(nèi)存技�(shù)比較,鐵電存�(chǔ)器具有更高的寫入速度和更�(zhǎng)的讀寫壽命�
鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)能兼容RAM的一切功�,并且和ROM技�(shù)一樣,是一種非易失性的存儲(chǔ)�。鐵電存�(chǔ)器在這兩類存�(chǔ)類型間搭起了一座跨越溝壑的橋梁——一種非易失性的RA��
相對(duì)于其它類型的半導(dǎo)體技�(shù)而言,鐵電存�(chǔ)器具有一些的特�。傳�(tǒng)的主流半�(dǎo)體存�(chǔ)器可以分為兩類--易失性和非易失�。易失性的存儲(chǔ)器包括靜�(tài)存儲(chǔ)器SRAM和�(dòng)�(tài)存儲(chǔ)器DRA�。SRAM和DRAM在掉電的�(shí)候均�(huì)失去保存的數(shù)�(jù)。RAM類型的存�(chǔ)器易于使�、性能好,可是它們同樣會(huì)在掉電的情況下會(huì)失去所保存的數(shù)�(jù)�
非易失性存�(chǔ)器在掉電的情況下并不�(huì)丟失所存儲(chǔ)的數(shù)�(jù)。然而所有的主流的非易失性存�(chǔ)器均源自于只讀存儲(chǔ)器(ROM)技�(shù)。正如你所猜想的一�,被稱為只讀存儲(chǔ)器的東西肯定不容易�(jìn)行寫入操�,而事�(shí)上是根本不能寫入。所有由ROM技�(shù)研發(fā)出的存儲(chǔ)器則都具有寫入信息困難的特點(diǎn)。這些技�(shù)包括有EPROM(幾乎已�(jīng)廢止�、EEPROM和Flas�。這些存儲(chǔ)器不僅寫入速度�,而且只能有限次的擦寫,寫入時(shí)功耗大�
鐵電存儲(chǔ)器能兼容RAM的一切功�,并且和ROM技�(shù)一�,是一種非易失性的存儲(chǔ)�。鐵電存�(chǔ)器在這兩類存�(chǔ)類型間搭起了一座跨越溝壑的橋梁--一種非易失性的RA��
�(dāng)一�(gè)電場(chǎng)被加到鐵電晶體時(shí),中心原子順著電�(chǎng)的方向在晶體里移�(dòng)。當(dāng)原子移動(dòng)�(shí),它通過一�(gè)能量壁壘,從而引起電荷擊�。內(nèi)部電路感�(yīng)到電荷擊穿并�(shè)置存�(chǔ)�。移去電�(chǎng)后,中心原子保持不動(dòng),存�(chǔ)器的狀�(tài)也得以保�。鐵電存�(chǔ)器不需要定�(shí)更新,掉電后�(shù)�(jù)能夠繼續(xù)保存,速度快而且不容易寫壞�
鐵電存儲(chǔ)器技�(shù)和標(biāo)�(zhǔn)的CMOS制造工藝相兼容。鐵電薄膜被放置于CMOS基層之�,并置于兩電極之間,使用金屬互連并鈍化后完成鐵電制造過��
?。遥幔恚簦颍铮罟镜蔫F電存�(chǔ)器技�(shù)到現(xiàn)在已�(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?。最初的鐵電存儲(chǔ)器采用兩晶體管/兩電容器(2T/2C)的�(jié)�(gòu),導(dǎo)致元件體積相�(duì)過大。最近隨著鐵電材料和制造工藝的�(fā)�,在鐵電存儲(chǔ)器的每一單元�(nèi)都不再需要配置標(biāo)�(zhǔn)電容�。Ramtron新的單晶體管/單電容器結(jié)�(gòu)可以像DRAM一�,使用單電容器為存儲(chǔ)器陣列的每一列提供參考。與�(xiàn)有的2T/2C結(jié)�(gòu)相比,它有效的把�(nèi)存單元所需要的面積減少一半。新的設(shè)�(jì)極大的提高了鐵電存儲(chǔ)器的效率,降低了鐵電存儲(chǔ)器產(chǎn)品的生產(chǎn)成本�
?。遥幔恚簦颍铮罟就瑯右餐ㄟ^�(zhuǎn)向更小的技�(shù)節(jié)�(diǎn)來提高鐵電存�(chǔ)器各單元的成本效率。最近采用的0.35微米的制造工藝相�(duì)于前一代0.5微米的制造工�,極大的降低了芯片的功�,提高了單�(gè)晶元的利用率�
所有這些令人振奮�(fā)展使鐵電存儲(chǔ)器在人�?nèi)粘I畹母鱾�(gè)�(lǐng)域廣為應(yīng)�。從辦公室復(fù)印機(jī)、服�(wù)器到汽車安全氣囊和娛樂設(shè)�,鐵電存�(chǔ)器不斷改�(jìn)性能在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)��
一� 概述�
FRAM是最近幾年由RAMTRON公司研制的新型存貯器,它的核心技�(shù)是鐵電晶體材�,擁有隨即存取記憶體和非易失性存貯產(chǎn)品的特性。FM24C256是一種鐵電存貯器(FRAM�,容量�256KBIT存貯器,它和AT24C256容量等同,總線結(jié)�(gòu)兼容,但FM24C256的性能指標(biāo)�(yuǎn)大于AT24C256。在存貯器領(lǐng)域中,F(xiàn)M24C256�(yīng)用逐漸被推廣和�(rèn)可,尤其是大容量存貯�,它的優(yōu)良特性遠(yuǎn)高于同等容量的EEPROM。在電子式電能表行業(yè)中,�(shù)�(jù)安全保存是最重要�。隨著電子表功能的發(fā)�,保存的�(shù)�(jù)量越來越大,這就需要大容量的存�(chǔ)�,而大容量的EEPROM性能指標(biāo)不是很高,尤其是擦寫次數(shù)和速度影響電能表自身的�(zhì)�。FM24C256在電能表中的使用,會(huì)提高電能表的�(shù)�(jù)安全存貯特性�
二. 鐵電存貯器(FRAM)FM24C256的特性:
傳統(tǒng)半導(dǎo)體記憶體有兩大體系:易失性記憶體(volatile memory)和非易失性記憶體(non-volatile memory��
易失性記憶體像SRAM和DRAM在沒有電源的情況下都不能保存�(shù)�(jù)。但這種存貯器擁有高性能、易用等�(yōu)�(diǎn)�
非易失性記憶體像EPROM,EEPROM和FLASH 能在斷電后仍保存�(shù)�(jù)。但由于所有這些記憶體均起源自ROM技�(shù),所以不難想象得到他們都有不易寫入的缺點(diǎn):寫入緩�、讀寫次�(shù)低、寫入時(shí)工耗大��
FM24C256是一�(gè)256Kbit 的FRAM,總線頻率可�(dá)1MHz�10億次以上的讀寫次�(shù),工耗低。與典型的EEPROM AT24C256相比�,F(xiàn)M24C256可跟隨總線速度寫入,無須等待時(shí)�,而AT24C256必須等待幾毫秒(ms)才能�(jìn)行下一步寫操作。FM24C256可讀�10億次以上,幾乎無限次讀寫。而AT24C256只有10萬之一百萬次讀�。另外,AT24C256讀寫能量高出FM24C256�2�500�。從比較中看出,F(xiàn)M24C256包含了RAM技�(shù)�(yōu)�(diǎn),同�(shí)擁有ROM技�(shù)的非易失性特�(diǎn)�
三. FM24C256的應(yīng)用:
在儀表設(shè)�(jì)�,數(shù)�(jù)的安全存貯非常重要。如電子式電能表,它在運(yùn)行期間時(shí)刻都在記錄數(shù)�(jù)�
如果功能�(shè)�(jì)比較�,那么保存的�(shù)�(jù)量大,擦寫次�(shù)比較�。這要求有一�(gè)高性能的存貯器才能滿足要求?,F(xiàn)在的儀表設(shè)�(jì),壽命要求長(zhǎng),數(shù)�(jù)保存安全期長(zhǎng)。目�,F(xiàn)M24C256是非常適合儀表設(shè)�(jì)要求的存貯器。它的性能指標(biāo)完全�(dá)到設(shè)�(jì)要求,解決了儀表中的設(shè)�(jì)憂慮。更重要的是,它的存貯時(shí)間短,能夠在極短的時(shí)間內(nèi)保存大量�(shù)�(jù),解決了儀表在突然斷電�(shí)�(shù)�(jù)及時(shí)、安全的存貯。RAMTRON公司研制的FM24C256,為了普及使�,存貯指令和AT24C256兼容,只是在讀寫指令和�(yīng)答是不需要延�(shí),提高了擦寫速率。封裝體�、功能管角和AT24C256一�,使�(shè)�(jì)者容易接受和�(yùn)��
寫子程序�
WRITE�
CLR1 PM.3 ;;�(shè)置P4.3為輸出狀�(tài)
CLR1 P4.2
CLR1 P4.3
CLR1 P4.1 �;打開寫保護(hù)
CALL !SENDSTART �;發(fā)送起始位
MOV A,#10100000B
CALL !SENDCOM ;;�(fā)送寫命令
BC $WNOACKX ;;沒應(yīng)答則�(cuò)誤返�
NOP
CLR1 P4.2
CLR1 PM4.3 ;; �(shè)置P4.3為輸出狀�(tài)
MOV A,D ;;D中存放所寫單元高地址
CALL !SENDCOM ;;�(fā)送所寫單元高地址
BC $WNOACKX ;;;沒�(yīng)答則�(cuò)誤返�
CLR1 PM4.3 ;; �(shè)置P4.3為輸出狀�(tài)
MOV A,E ��;;E中存放所寫單元低地址
CALL !SENDCOM �;發(fā)送所寫單元低地址
BC $WNOACKX �;沒�(yīng)答則�(cuò)誤返�
CLR1 PM4.3 ;; �(shè)置P4.3為輸出狀�(tài)
MOV A,[HL] ;;[HL] 中存放所寫數(shù)�(jù)
CALL !A24SENDC �;發(fā)送所寫數(shù)�(jù)
CLR1 CY
SET1 P4.1 �;寫保護(hù)
WNOACKX�
SET1 CY
RET
SENDSTART: �(fā)送起始位子程�
SET1 P4.2
SET1 P4.3 ;;�(fā)起始�
NOP
NOP
CLR1 P4.3
CLR1 4.2
RET
SENDCOM: �(fā)送命令子程序
CALL !A24SENDC
CLR1 P4.2
SET1 PM4.3 ;;�(shè)置P4.3為輸入狀�(tài)
NOP
NOP
NOP
SET1 4.2
BT P4.3,$DCOM1 ;�(cè)試應(yīng)答信�(hào),有�(yīng)答CY=1,否則CY=0
CLR1 CY
RET ;BR RNOACK
DCOM1:
SET1 CY
RET
A24SENDC: �(fā)送數(shù)�(jù)子程�
CLR1 CY
MOV B,#08H ;;�(fā)�8�
SENDREP:
CLR1 P4.2
NOP
CLR1 P4.3
ROLC A,1 ;;左移一�
BNC $SENDPD
SET1 P4.3
SENDPD:
NOP
SET1 P4.2
NOP
DBNZ B,$SENDREP �8位發(fā)送完返回
RET
讀子程序:
READ:
CLR1 PM4.3 ��;; �(shè)置P4.3為輸出狀�(tài)
CALL !SENDSTART ;發(fā)送起始位
MOV A,#10100000B
CALL !SENDCOM ;; ;發(fā)送讀命令
BC $RNOACK �� 沒應(yīng)答則�(cuò)誤返�
CLR1 P4.2
CLR1 PM4.3 ;; �(shè)置P4.3為輸出狀�(tài)
MOV A,D ;D中存放所讀單元高地址
CALL !SENDCOM �;發(fā)送所讀單元高地址
BC $RNOACK ; 沒應(yīng)答則�(cuò)誤返�
CLR1 PM4.3 �;設(shè)置P4.3為輸出狀�(tài)
MOV A,E ��;E中存放所讀單元低地址
CALL !SENDCOM �;發(fā)送所讀單元低地址
BC $RNOACK �;沒�(yīng)答則�(cuò)誤返�
CLR1 P4.2
CLR1 PM4.3 �;設(shè)置P4.3為輸出狀�(tài)
SET1 P4.2
SET1 4.3
NOP
NOP
CLR1 P4.3
CLR1 P4.2
CALL !SENDSTART ;發(fā)送起始位
MOV A,#10100001B
CALL !SENDCOM ;;�(fā)送讀命令
BC $RNOACK
CLR1 P4.2
SET1 PM4.3
CALL !N24READB �;讀�(shù)�(jù)
CLR1 SK256
CLR1 PM4.6
CALL !SENDSTOP �;發(fā)送停止位
READRET:
CLR1 CY
RET
RNOACK:
SET1 CY
RET
N24READB:
MOV B,#08H
READREPX:
CLR1 P4.2
NOP
NOP
NOP
SET1 P4.2
NOP
NOP
NOP
CLR1 CY
BF P4.3,$READPD
SET1 CY
READPD:
ROLC A,1 ;;左移1�
NOP
NOP
NOP
DBNZ B,$READREPX �;判斷是否接�8�
RET
SENDSTOP: �(fā)送停止位
CLR1 P4.3
NOP
SET1 P4.2
NOP
SET1 P4.3
NOP
RET
四. 小結(jié)�
FM24C256 是一種高性能的存貯器,性能指標(biāo)�(yuǎn)�(yuǎn)大于EEPROM。在電子式電能表�(yīng)用中,數(shù)�(jù)擦寫次數(shù)比較頻繁,而且在掉電存貯時(shí)�(shù)�(jù)量大、時(shí)間短,怎樣安全可靠快速的保存�(shù)�(jù)一�(gè)�(guān)鍵的技�(shù)。所�,F(xiàn)M24C256的優(yōu)良特性非常適合儀表中使用,如電能�、水�、煤氣表、暖氣表、計(jì)程車表、醫(yī)療儀表等�(yīng)用廣�。它的封裝形式有SOIC和DIP�