FRAM鐵電存儲器技術

2019-11-03 09:56:12

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　　鐵電存儲器(FRAM)的核心技術是鐵電晶體材料。這一特殊材料使得鐵電存儲產品同時擁有隨機存取存儲器(RAM)和非易失性存儲產品的特性。

　　鐵電晶體材料的工作原理是: 當把電場加到鐵電晶體材料上，晶陣中的中心原子會沿著電場方向運動，到達穩定狀態。晶陣中的每個自由浮動的中心原子只有兩個穩定狀態。一個用來記憶邏輯中的０，另一個記憶１。中心原子能在常溫、沒有電場的情況下停留在此狀態達一百年以上。鐵電存儲器不需要定時刷新，能在斷電情況下保存數據。由于在整個物理過程中沒有任何原子碰撞， FRAM擁有高速讀寫、超低功耗和無限次寫入等超級特性。

　　傳統半導體存儲器有兩大體系：易失性存儲器和非易失性存儲器。易失性存儲器，例如SRAM和DRAM，在沒有電源的情況下都不能保存數據。但擁有高性能，易用等優點。非易失性存儲器，像EPROM,EEPROM和Flash，能在斷電后仍保存數據。但由于所有這些存儲器均起源自只讀存儲器(ROM)技術, 所以它們都有不易寫入的缺點。確切來說，這些缺點包括寫入緩慢、有限寫入次數、寫入時需要特大功耗等等。

　　我們可以做一個簡單的比較。FRAM第一個最明顯的優點是可以跟隨總線速度寫入。相比EEPROM的最大不同是FRAM在寫入后無須任何等待時間。而EEPROM要等幾毫秒才能寫進下一次數據。FRAM的第二大優點是近乎無限次寫入。當EEPROM只能應付十萬至一百萬次寫入時,新一代的FRAM已達到一億個億次的寫入壽命。FRAM的第三大優點是超低功耗。EEPROM的慢速和高電流寫入令它需要高出FRAM 2,500倍的能量去寫入每個字節。

　　可見，FRAM既涵蓋了RAM技術的優點，又同時擁有了ROM技術的非易失性特點，為業界提供了一個嶄新的存儲器產品:　一個非易失性的RAM。

　　我們向來用EEPROM 來存儲設置數據和啟動程序，用SRAM 來暫存系統或運算變量。如果掉電后這些數據仍需保留的話，我們會通過加上后備電池的方法去實現。很久以來我們沒有檢驗這種存儲器架構的合理性。FRAM則提供了一個簡潔而高性能的一體化存貯技術。

　　FRAM的出現使工程師可以運用非易失性的特點進行多次,高速寫入。在這以前,在只有EEPROM的情況下,大量數據采集和記錄對工程師來說是一件非常頭疼的事。數據采集包括記錄和存儲數據。更重要的是能在失去電源的情況下,不丟失任何數據。在數據采集的過程中,數據需要不斷高速寫入,對舊數據進行更新。EEPROM的寫入壽命和速度往往不能滿足要求。FRAM典型應用包括:儀表(電力表,水表,煤氣表，暖氣表,記程車表),測量,醫療儀表,非接觸式智能卡，門禁系統,汽車記錄儀(了解汽車事故的黑匣子)等。

　　以往在只有EEPROM的情況下,由于寫入次數的限制,工程師們只能在檢測到掉電的時候,才把更新了的配置參數及時地存進EEPROM里。這種做法很明顯地存在著可靠性問題。FRAM的推出使工程師可以有更大的發揮空間去選擇實時記錄最新的配置參數，免去是否能在掉電時及時寫入的憂慮。其典型應用包括:電話里的電子電話簿,影印機,打印機,工業控制,機頂盒，網絡設備,TFT屏顯,游戲機,自動販賣機……

　　FRAM的無限次快速擦寫性能令這種產品十分適合擔當重要系統里的緩沖存儲器。在一些重要系統里，往往需要把數據從一個子系統非實時地傳到另一個子系統去。由于數據的重要性, 緩沖區內的數據在掉電時不能丟失。以往,工程師們只能通過SRAM加后備電池的方法去實現，這種方法隱藏著電池耗干,化學液體泄出等安全可靠性問題。FRAM的出現為業界提供了一個高可靠性、低成本的方案。典型應用包括: 銀行自動提款機(ATM),稅控機，商業結算系統(POS), 傳真機……

　　FRAM 無限次快速擦寫和非易失性的特點,令系統工程師可以把在線路板上分離的SRAM和EEPROM器件整合到一個FRAM里。為整個系統節省功耗,成本,空間，同時增加了整個系統的可靠性。典型應用包括: 用FRAM加一個便宜的單片機，來取代一個較貴的SRAM嵌入式單片機和外圍EEPROM。

　　Ramtron 公司串行非易失性RAM遵循標準工業接口。兩線產品為單片機配選最少的接線。SPI產品需要多一至兩個接線，但具有高速和通訊協議簡單的特點。

　　Ramtron并行非易失性RAM與標準SRAM引腳兼容。并行FRAM對SRAM加后備電池方案做出了一大改進。系統工程師無需再使用電池。FRAM的封裝就象SRAM一樣有簡單的貼片封裝(SOIC)或插腳封裝(Dip)，見表2。

　　Ramtron將在明年上半年推出兆級密度的鐵電存儲器。大密度的FRAM將來會取代各類存儲器,成為真正的超級存儲器。■

摘自《電子產品世界》

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