FRAM存儲器

鐵電晶體材料的工作原理是: 當我們把電場加載到鐵電晶體材料上，晶陣中的中心原子會沿着電場方向運動，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，一個我們記作邏輯 0，另一個記作邏輯 1。中心原子能在常温﹑沒有電場的情況下停留在此狀態達一百年以上。 由於在整個物理過程中沒有任何原子碰撞，鐵電存儲器(FRAM)擁有高速讀寫，超低功耗和無限次寫入等特性。

● 採用2048×8位存儲結構；

● 讀寫次數高達1百億次；

● 在温度為55℃時，10年數據保存能力；

● 無延時寫入數據；

● 先進的高可靠性鐵電存儲方式；

● 連接方式為高速串行接口（SPI）總線方式，且具有SPI方式0和3兩種方式；

● 總線頻率高達5MHz；

● 硬件上可直接取代E；

● 具有先進的寫保護設計，包括硬件保護和軟件保護雙重保護功能；

● 低功耗，待機電流僅為10μA；

● 採用單電源+5V供電；

● 工業温度範圍：-40℃至+85℃；

● 採用8腳SOP 或DIP封裝形式；

基於以上特點， FRAM存儲器非常適用於非易失性且需要頻繁快速存儲數據的場合。其應用範圍包括對寫週期時序有嚴格要求的數據採集系統和使用EEPROM時由於其寫週期長而可能會引起數據丟失的工業控制等領域。

(1) 早期的FRAM讀/寫速度不一樣，寫入時間更長一些，在使用上要注意。近期的FRAM讀/寫速度是一樣的。例如，上述FM1808的一次讀/寫時間為70 ns。一般地，一次讀/寫的時間短，而連續的讀/寫週期要長一些。例如，Ramtron公司新近推出的128 K×8 bit的FRAM芯片FM20L08的一次讀/寫時間為60ns，而其連續的讀/寫週期為150 ns。這對多數工控機來説還是可以滿足要求的。

(2) FRAM在功耗、寫入速度等許多方面都遠遠優於EPROM或EEPROM。這裏特別提出的是寫入次數，FRAM比EPROM或EEPROM要大得多。EPROM的寫入次數在萬次左右，而EEPROM的寫入次數一般為1萬～10萬次，個別芯片能達到100萬次。

早期的FRAM的寫入次數為幾百億次，而芯片可達萬億次甚至是無限多次。

(3) 在FRAM家族中，除了上述並行的FRAM芯片外，還有串行FRAM芯片。與串行EEPROM一樣，串行FRAM只能用作外存。顯然，利用串行FRAM可以構成IC卡。

以FM25C160為例，其SPI協議有操作指令來控制。當片選信號有效時（/CS=0） ，對FM25C160 操作的第一個字節為命令字，緊接其後的是 11 位有效地址和傳送數據。FM25C160 操作指令集（如表2所示）共有6條指令，可分為3類：

第一類為指令後不接任何操作數，該類指令用於完成某一特定功能。包括WREN 和WRDI；第二類為指令之後接一個字節，這類指令可用來完成對狀態寄存器的操作。

包括RDSR和WRSR；第三類是對存儲器進行讀寫操作的指令， 該類指令之後緊接着的是存儲器地址和一個或多個地址數據。包括READ和WRITE。

所有的指令，地址與數據都是以MSB（最高有效位）在前的方式傳送。

FRAM技術的多功能性滿足多種不同的應用。很明顯，更高的讀寫次數和更快的讀寫速度使得FRAM在可多次編程應用中比EEPROM性能更加優越。 其應用主要包括：數據採集和記錄，存儲配置參數(Configuration/Setting Data)，非易失性緩衝(buffer)記憶和SRAM的取代和擴展等。

下面給出AT89C51與FM25C160的接口電路圖及對FM25C160的寫操作流程圖。該應用系統可在FM25C160芯片的400H～7FFH地址範圍存放控制系統的重要參數，而將其餘的000H～3FFH留給用户使用。