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64KB的串行存储器特性164K位的非易失性铁电随机存储器组织结构为8192*8位读写寿命为100亿次掉电数据保存10年写数据无延时2快速两线串行协议总线速度可以达到1MHZ硬件上可以直接替换EEPROM 3低功耗操作工作电压为5V工作电流为150uA待机电流10uA4工业标准工业温度-40到+80 8脚---DIP和SOIC描述FM24C64是用先进的铁电技术制造的64K位的非易失性的记忆体铁电随机存储器FRAM是一种具有非易失性并且可以象RAM一样快速读写数据在掉电可以保存10年且比EEPROM或其他非易失性存储器可靠性更高系统更简单不象EEPROM FM24C64以总线速度进行写操作无延时数据送到FM24C64直接写到具体的单元地址下一个操作可以立即执行FM24C64可以承受超过100亿次的读写或者是比EEPROM高一万倍的写操作FM24C64的写能力使得它在需要对非易失性记忆体快速读写的状况下非常理想举例说数据采集系统中对写入数据的频率要求高即速度要求非常快使用EEPROM可能丢失数据这种优势合并使得系统可以更可靠的实时采集数据FM24C64为使用串行EEPROM的用户提供了便利它在硬件上可以直接替换EEPROM引脚定义总体概述FM24C64是一种串行非易失性记忆体 它的逻辑结构为8192*8位 接口方式为工业标准的两线接口 与串行EEPROM 的功能操作相似 不同之处在于 铁电存储器比EEPROM 写的速度快的多 无延时记忆体架构FM24C64内部地址可分为8192个字单元 每个字单元为8位 数据被串行移动 它使用两线协议 包括一个从地址 区别其他存储器或器件 一个页地址和一个字地址每256个地址 被指定为一个8位的字地址 每256个地址为一页 FM24C64为32页页地址 选择页位为5位 完全地址为13位 每个字节地址都是唯一的FM24C64大多数的功能是由两线协议或根据板上电路来操作 记忆体以两线总线速度来执行读/写操作 FM24C64不像EEPROM 它不必等写周期出现就可以把自身置在一个等待状态 一个新的数据交换周期来到时 另外一个操作已经完成与EEPROM 相比较FM24C64的快速性与高擦写次数 EEPROM 是无法比拟的 举个例说 在一个高噪声环境下 EEPROM 受干扰的可能性大 因为FM24C64完成得快 而EEPROM 写 数据需要几个毫秒需要指出的是FM24C64没有类似内部电源管理电路 上电复位 因此 用户应保证电源电压 VDD 在数据表规定的范围内 防止误操作两线接口FM24C64的通讯方式是双向两线协议 脚位少 占用线路板空间小 图2描述了FM24C64在微处理器系统中的典型配置为了便利 往总线上送数据的部件叫发送者 接受数据的叫接受者 控制总线的叫主机 主机为所有操作产生时钟 在总线上被控制的叫从机 FM24C64永远都是从机 两线协议即是总线上的所有的操作都是由SDA 和SCL 两个脚位的状态来确定的 有四个状态 开始 停止 数据以及应答 图3描述了四个状态的时序图停止当主机把SDA从低电平拉高同时SCL信号为高时为停止条件所有的操作在此条件下退出为了宣布停止主机必须控制SDA开始当主机把SDA从高电平拉低SCL信号为高电平为开始条件所有的读写操作均由开始条件开始任何时候的操作都可由开始条件退出开始一个新操作在操作过程中电压降低到规定电压的最低值以下系统会发出一个开始条件数据/地址传送:所有数据传送包括地址都应在SCL 为高电平时除了以上两种情况SDA 在SCL为高时不能改变应答应答出现在第8位数据位被传输之后在传输期间SDA线被允许由接受者驱动接受者驱动SDA为低电平以确认收到一个字节数据如果接受者没有把SDA拉低即无应答操作退出接受者可能因为两个原因不做应答1如果一个字节传送失败无应答结束当前操作可以对这个部件再次寻址发生错误的上一个字节会被允许覆盖掉2接受者有意结束操作不做应答举例说在读操作中FM24C64接受者应答后就把数据送到总线上读操作完成不需要进行其他操作接受者不做应答如果接受者做出应答将导致FM24C64在当主机送新的操作命令时例如停止命令试图在下一个时钟周期驱动总线物理地址:FM24C64在开始条件后接受的第一个字节是物理地址就象图4列出的物理地址包括部件类型器件选择被访问的页面还有一位是读写控制位位7—4是部件类型FM24C64为1010B部件类型用以区分挂在两线接口上各种功能部件位3-1为页选择位0为读写控字地址:在FM24C64接受者应答装置地址后主机将把记忆体地址送到总线上进行一个写操作地址需要两个字节第一个是高位字节MSB因为记忆体只使用了13位地址高3位没有使用第2个是低八位字节LSB 保存8位地址地址被内部锁存每一次访问后FM24C64内部地址锁存计数器递增当前的地址是被锁存的值或是最写入的或是下一个要访问的地址只要电源恒定或是没有新的数据写入当前的地址不变读总是使用当前地址一个随机读操作可以由以下阐述的方式先执行一个写操作即能开始每一个字节传送后在应答之前FM24C64内部地址锁存计数器递增这样在没有另外的寻址要求就可以访问下一个顺序地址在最后一个地址1FFFH到达后地址计数器的内容又回到0000H在一个读写操作中没有字节数的限制数据传送:地址信息被传送后主机和FM24C64之间的数据交换开始进行一个读操作FM24C64将把8位数据放到总线上然后等待应答应答出现开始下一个传送应答不出现读操作退出对于写操作FM24C64接受8位数据后给出应答所有数据首先产生最高有效位记忆体操作:FM24C64被设计成和其他2线接口记忆体产品相似的操作方式最主要的不同是FRAM技术所生成的写能力读写操作如下写操作:所有写操作开始一个从机地址和一个字地址主机通过设置从地址的最低有效位为0来表示一个写操作寻址后主机送每个字节到记忆体记忆体产生应答任何数量的顺序字节可被写入如果地址到最后一个字节地址计数器从1FFFH翻转到0000H不象其他的非易失性技术FRAM 没有写延时整个记忆体周期比单纯总线时钟还短这样任何操作包括读写能跟随写操作记忆体写操作出现在第8位数据被传送以后在确认送出之前完成那样如果用户需要退出写操作又不变更记忆体内容应该在第8位数据之前用开始或停止条件FM24C64不需要页缓冲记忆体可以用WP脚作写保护把WP拉高VDD写保护地址从1800H到1FFFH FM24C64将不会应答写入被保护的地址的数据另外地址计数器也不会递增WP拉低这些特性不起作用WP脚位不应悬空图5描述的是单字节和多字节的操作读操作:有两种基本类型的读操作当前地址读和可选地址读在当前地址读FM24C64使用内部锁存器提供低八位地址在可选地址读操作用户执行一个步骤设置低位地址为指定值当前地址顺序读FM24C64使用内部锁存器时低八位地址进行读操作当前地址读使用在地址锁存器中的值作为读操作开始地址执行当前读操作主机提供从地址把LSB置为1页选择位用于指定记忆体的页面应答后FM24C64将开始从当前地址移出当前地址是从机地址位加上内部锁存器位合成的地址由当前地址开始主机能随意读写任意的字节数这样顺序连读即是当前连读数据在内部地址计数器将连续递增每次主机确认一个字节随后FM24C64就可以读下一个连续的字节有四种方式可以正确的终止读操作失败地终止读操作就相当于FM24C64试图在总线上读出另外的数据四种可行方式如下11)主机在第9个时钟周期不应答在第十个时钟周期停止22)主机在第9个时钟周期不应答在第十个时钟周期开始33)主机在第9个时钟周期停止可能导致总线竞争44)主机在第9个时钟周期开始可能导致总线竞争如果内部地址到1FFFH下一个周期翻转到0000H图7和8为当前地址读的正确操作选择随机读一个单纯的技术允许用户选择随机地址作为读数据的起点包括首先使用两个字节的写操作来设置内部地址字节执行选择性读操作主机送出从地址把LSB置0这样就指定出一定写操作根据写数据协议然后主机送字地址调进内部地址锁存器FM24C64应答字节地址后主机发出开始命令这同时退出写操作以及允许读命令被发出从地址LSB置1操作现在为当前读地址这个操作说明在图9中持久性和数据保存:数据保存参数在以下的电参数规格书中FRAM操作均有读和机械性存储所以读写次数与每一次读写都有关系FRAM 结构是基于行与列的排布行为A10—A3每次访问,对每一行都要减少一次寿命在不同的行确保平均的访问记忆体可以优化记忆体的持久性使其非易失性发挥到最大不管怎样FRAM读写次数在总线操作频率在400KHZ时无限制即使每秒访问30次100亿次的寿命到时10年已过去了应用:铁电技术的优势可适用于广泛的领域很明显除了一次编程应用的其他所有领域铁电记忆体在读写次数以及快速性均比EEPROM更具优势最为明显的是在采集领域中要求写的频率高且数据掉电不丢失11)数据采集在数据采集和存储领域中FRAM 提供了一种极具优势的方案这个方案比SRAM加后备电池更经济以及比EEPROM有更好的写特性22)配置任何非易失性记忆体能保留一些配置但是FRAM的高写入次数使得其可以无限制的保持参数不用为参数随时更改有更多的考虑电源掉电时FRAM 的高速写入解决了数据丢失的烦恼33)高噪声环境高噪声环境写数据对EEPROM来说极具挑战性在噪声和电源波动环境中EEPROM由于写入时间要几个毫秒太容易受干扰而FRAM写的速度非常快噪声和电源波动来不及干扰444)有快速要求的环境在一个复杂的系统中多个软件需要访问非易失性记忆体EEPROM的延时为这种环境中的软件研发增加了许多不适当的复杂性每个软件例行访问下一个例行程序都必须等待一个完整的程序当快速性要求很严格时FRAM就减少了这种复杂性FM24C64不需要等待55)RF/ID在无接触记忆体领域FRAM提供了完美的方案因为RF/ID 记忆是通过RF方式供电EEPROM的长时间和大功耗使得它不太适合这个领域6)保存轨迹在一个高度复杂的系统中系统状态和操作记录在系统失败时是很重要的数据FRAM的高写入次数特点使数据记录得以实现能做一个完美的系统日志另外FM24C64 的两线协议可以少占用系统资源。
铁电体的三个基本特征
铁电体是一种特殊的晶体材料，具有三个基本特征：铁电性、压电性和热释电性。
铁电性是铁电体最为显著的特征之一。
铁电体在外加电场的作用下，会出现极化现象，即在晶体内部会出现正负电荷分离的现象，形成电偶极矩。
这种极化是可逆的，即当外加电场消失时，电偶极矩也会消失。
铁电体还具有压电性。
当外力作用于铁电体时，晶体会发生形变，产生电荷分离，形成电偶极矩，从而产生电势差。
这种现象被称为压电效应。
压电效应是铁电体在传感器、振动器等领域中的重要应用。
铁电体还具有热释电性。
当铁电体受到温度变化时，晶体内部的电偶极矩也会发生变化，从而产生电势差。
这种现象被称为热释电效应。
热释电效应是铁电体在红外线探测器、温度传感器等领域中的重要应用。
铁电体具有铁电性、压电性和热释电性三个基本特征。
这些特征使得铁电体在电子器件、传感器、振动器等领域中有着广泛的应用前景。
铁电材料中的铁电性质研究铁电材料是一种具有特殊性质的材料，其在应用领域具有广泛的应用前景。
铁电材料是指在特定的温度和压力下，具有同时存在铁磁性和电介质性质的材料。
在这些材料中，电子、离子和晶格之间的相互作用导致了远距离的有序排列，使得材料具有铁电性质。
铁电性质是指在电场作用下，材料具有电偶极矩产生的极化效应。
本文将从铁电材料基础性质、铁电材料中的铁电偶极矩与电场相互作用以及铁电材料研究的未来发展等几个方面来深入探讨铁电材料中的铁电性质研究。
一、铁电材料基础性质铁电材料是由一种特殊的材料结构所表现出来的。
这种材料结构具有非中心对称性，且具有不等价离子坐标的特征。
这样的材料结构中离子对晶格的对称性造成破坏，同时又使得离子和电子之间存在强烈的相互作用。
另外，铁电材料中离子和电子之间的相互作用又能够产生电偶极矩，而这种电偶极矩的大小可通过材料的摩尔体积、离子电荷、离子坐标等因素来调节。
二、铁电材料中的铁电偶极矩与电场相互作用铁电偶极矩是指在铁电材料中，电子云在电场作用下分布不均匀，产生有向的电势差，进而形成电偶极矩。
铁电偶极矩是测量铁电性质的一个重要参数，在铁电材料中，电场与铁电偶极矩间的相互作用非常重要。
由于铁电偶极矩的出现和方向取决于材料的结构变化，因此，通过电场引导下，铁电材料中的电子和离子将会发生相应的位移，从而实现铁电极化。
当移除电场时，铁电材料恢复到无偏极状态，电偶极矩也会随之消失。
三、铁电材料研究的未来发展在未来的研究中，铁电性质的研究将会成为凝聚态物理领域中的一个重要研究方向。
当前，人们已经开始探索如何通过调节化学组成、晶体结构、物化性能等来制造新的铁电材料。
压电陶瓷、铁电液晶显示器等已经成为目前应用领域的重要代表。
未来，铁电材料具有很强的发展潜力，如何制造更好的铁电材料，同时探索更多的应用领域，都将是未来铁电材料研究的重要方向。
综上所述，铁电材料中的铁电性质是基于材料特殊的结构所产生的一种性质。
电介质的极化外电场作用下，电介质显示电性的现象。
在电场的影响下，物质中含有可移动宏观距离的电荷叫做自由电荷；如果电荷被紧密地束缚在局域位置上，不能作宏观距离移动，只能在原子范围内活动，这种电荷叫做束缚电荷。
理想的绝缘介质内部没有自由电荷，实际的电介质内部总是存在少量自由电荷，它们是造成电介质漏电的原因。
一般情形下，未经电场作用的电介质内部的正负束缚电荷平均说来处处抵消，宏观上并不显示电性。
在外电场的作用下，束缚电荷的局部移动导致宏观上显示出电性,在电介质的表面和内部不均匀的地方出现电荷,这种现象称为极化，出现的电荷称为极化电荷。
这些极化电荷改变原来的电场。
充满电介质的电容器比真空电容器的电容大就是由于电介质的极化作用。
电介质的极化机制①电子极化，是在电场作用下原子核与负电子云之间相对位移，它们的等效中心不再重合而分开一定的距离l形成电偶极矩p e＝el(l由负电中心指向正电中心,e是电荷量,见电偶极子)。
当电场不太强时,电偶极矩p e同有效电场成正比,p e=αe E,式中αe称为电子极化率。
②离子极化又称为原子极化，是在正负离子组成的物质中异极性离子沿电场向相反方向位移形成电偶极矩p a。
p a与有效电场成正比,p a=αa E，αa称为离子极化率，这两种极化都同温度无关。
③固有电矩的取向极化，某些电介质分子由于结构上的不对称性而具有固有电矩p。
在无外电场时，由于热运动,这些分子的取向完全是无规的，电介质在宏观上不显示电性。
在外电场的作用下，每个分子的电矩受到电场的力矩作用,趋于同外场平行,即趋于有序化；另一方面热运动使电矩趋于无序化。
在一定的温度和一定的外电场下，两者达到平衡。
固有电矩的取向极化也可以引入取向极化率αd描述,当电场强度不太大而温度不太低时,，k是玻耳兹曼常数，T是热力学温度。
这种极化同温度的关系密切。
④界面极化，由于电介质组分的不均匀性以及其他不完整性，例如杂质、缺陷的存在等，电介质中少量自由电荷停留在俘获中心或介质不均匀的分界面上而不能相互中和，形成空间电荷层，从而改变空间的电场。
铁电相变的宏观理论4.1 电介质的特征函数4.1.1特征函数和相变按照热力学理论，在独立变量适当选定之后，只要一个热力学函数就可把一个均匀系统的平衡性质完全确定。
这个函数称为特征函数。
系统内能的变化为dW dQ dU +=式中dQ 是系统吸收的热量，dW 是外界对系统作的功，对于弹性电介质，dW 有机械功和静电功两部分m m i i dD E dx X dW += （3.2）在可逆过程中，有TdS dQ = （3.3）于是内能的全微分形式为m m i i dD E dx X TdS dU ++= （3.4）为了得出其他特征函数的全微分形式，只需对它们的表示式（见表3.1）求微分，并利用式（3.2）和式（3.3）加以简化，其结果为mm i i m m i i mm i i dD E dX x TdS dH dE D dX x TdS dH dD E dx X SdT dA +-=--=++-=1m m i i mm i i mm i i mm i i dE D dx X SdT dG dD E dX x SdT dG dE D dX x SdT dG dE D dx X TdS dH -+-=+--=---=-+=212 （3.5）对这些特征函数求偏微商，就可得出描写系统性质的各种宏观参量，例如，内能的偏微商可给出温度、应力和电场D x S U T ,⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=，D S i i x U X ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=，xS m m D U E ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= 上面8个特征函数均可用来描写电介质的宏观性质。
具体采用何种特征函数，这要决定于对独立变量的选择。
例如，以温度、应力和电位移作为独立变量，系统的状态要用弹性吉布斯自由能来描写。
在物质系统中，具有相同成分及相同物理化学性质的均匀部分称为“相”。
由于外界条件的变化导致不同相之间的转变称为相变。
在独立变量选定之后，系统处于什么相，这要决定于相应的特征函数。
