非易失性铁电存储器(FRAM)芯片
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用铁电存储器(FRAM)存储数据
一个完美的电表数据存储系统华胄科技陈其龙电表作为一个计量用电量的仪器电表的精度不但与检测芯片的精度有关更重要与其存储方式有很大的关系如果检测到的电量数据不能写入存储器或者写入存储器过程出错电表的精度就大大降低以前电表数据的存储方式有2种选择1用存储EEPROM数据2用NVRAM存储数据现在有了第三种选择用铁电存储器FRAM存储数据在以前在设计电表电量的存储方案过程中工程师在怎样把数据准确无误的写入存储绞尽脑汁主要的原因是以前的EEPROM速度慢,有10MS写的周期擦写次数少为了解决存储器的问题工程师必须在控制电路增加很多电路见图一由于EEPROM的擦写次数为10万次所以不能来一个脉冲就写入EEPROM只能将脉冲暂存MCU的SRAM内等脉冲计录到一定的值1度电或到了一定的时间1小时再把数据写入EEPROM正是由于电数据不能实时写入EEPROM引起一个问题如果停电怎么办在停电时MCU内存储的平均电量为0.5度,如果系统不管掉电情况,那么电表的精度很低(以10万家用户计算,每停一次电,供电局将有5万度电因存储器的原因而丢掉),这供电局当然不能接受为了解决这问题在电路上必需增加掉电检测电路在检测到掉电后把MCU中存储不到1度电的数据写入EEPROM由于EEPROM写入数据时有10MS写的周期这也引起了一个问题在停电后必需有足够长的电压维持EEPROM写的时间设计者的一般思路是利用滤波电路的大电容由于电容内部是电解液随着时间的推移电容的容量将变小因此为了使电表能使用10年必须把增大滤波的电容的容量和提前检测到掉电EEPROM写入数据时数据先是写入EEPROM的缓冲区当数据写入缓冲区后EEPROM 自动把数据写入EEPROM的具体地址其过程需要10MS由于EEPROM内部写入时间长所以容易受到干扰EEPROM一旦受到干扰写入的数据容易出错此时出错MCU 没有办法知道为了解决这一问题设计者必须把同一个数据写入三个不同的地址然后再把数据读出来校正图5从上述的阐述可知系统掉电时要把数据写入EEPROM此方案的筹码赌在掉电检测电路和电容上为了解决这一问题设计者把掉电检测提升到检测市电和用2个掉电检测电路把电容的容量增大和用2个电容为了减小检测电路和电容的影响采用2个EEPROM从而降低SRAM缓冲的量值提高存储的精度方案2采用NVRAM来做数据存储方案3这种方案可以解决EEPROM的不足但大家都知道NVRAM的价格很高用铁电存储器可以解决上面存储器所面临的问题首先看一看铁电存储器的特点1非易失性掉电后数据能保存10年所有产品都是工业级2擦写次数多5V供电的FRAM的擦写次数100亿次低电压的FRAM的擦写次数为1亿亿次3速度快串口总线的FRAM的CLK的频率高达20M并且没有10MS的写的等待周期并口的访问速度70NS4功耗低静态电流小于10UA读写电流小于150UA5读写无限次在FRAM读写次数超过100亿次5V供电的FRAM后FRAM还能工作只是数据不能保存基于铁电存储器的特点 我们可以对电表的设计进行完全的改革 图4由于FRAM 的读写次数为100亿次 MCU 检测到一个脉冲就可以写入FRAM 内 以3200个脉冲为1度计算 FRAM 能存3百万度电 对单相表和单相复汇率表以是足够用 由于电量数据是实时写入FRAM 所以不担心掉电后 数据会丢的问题 由于铁电存储器没有10MS 的写周期 所以不必担心电容的容量变小后会对FRAM 数据存储有影响 因为铁电存储器内没有缓冲区 数据是直接写如FRAM 对应的地址中 所以写入的数据不会出错 即使出错 MCU 通过协议可以知道 所以同一数据不必存储到3个不同的地址 图5铁电存储器应用在计量系统中有其他产品不可替代的优势 如电表 水表 煤气表等 在下期将与工程师讨论铁电存储器在税控机的应用。
(完整版)MB85RC64中文
铁电存储器MB85RC64（8K×8）1.概述MB85RC64了FRAM（铁电随机存取记忆体）独立芯片配置了8192×8位，形成铁电工艺和硅栅CMOS工艺技术非易失性内存中的细胞。
MB85RC64采用两线串行接口（与世界标准的I2C总线兼容）。
与SRAM不同的MB85RC64是无需使用数据备份电池，能够保留数据。
MB85RC64的读写次数10亿次，与EPROM和FLASH相比，有显著的改善。
而且不在向写完存储器后，不需要查询序列。
2.特性●位操作：8192×8位●工作电压：2.7V—3.3V●工作频率：400KHz●两串行总线：I2C总线2.1标准版，支持标准模式和快速模式，由SCL和SDA控制。
●工作温度范围：-40℃—85℃●数据保持：10年（55℃）●读写寿命：至少每位10亿次●封装：Plastic / SOP, 8-pin (FPT-8P-M02)●低电压消耗：工作电流0.15mA，待机电流5uA3.管脚分配3.管脚功能描述4.模块框图5.I2C电路MB85RC64有两线串行接口，支持I2C总线，并作为从器件工作。
I2C总线定义的“主机”和“从机”设备的沟通角色，主机启动总线控制权。
此外，通过I2C总线，在一个主机可以连接多个从器件。
在这种情况下，必须给从器件分配一个唯一的设备地址。
6.I2C通信协议I2C总线是双线串行接口，采用了双向数据总线（SDA）和串行时钟（SCL）。
数据传输只能由总线主机，这也将提供串行时钟的同步启动。
SCL为低电平时，SDA信号应该改变。
然而，作为一种例外，启动和停止时的通信序列，SDA被允许改变当SCL为高电平。
●启动条件：开始时，SCL为稳定高电平，SDA产生下降沿。
●停止条件：停止时，SCL为稳定低电平，SDA产生上升沿。
停止条件是终止从设备和主机通信。
MB85RC64不需要像内部写存储器像E2PROM花时间去查询序列，因此当写停止命令结束，设备进入待机模式。
MB85RS16(中文版.han)
LSB
催䰏ᡫ
DS501-00014-2v0-Z
9
MB85RS16
• RDID
RDID 命令读取固定的器件 ID。执行 RDID 操作码到 SI 之后，32 周期时钟输入 SCK。SI 值此时无效。SO 同步输出到 SCK 的下降沿。输出顺序是制造商 ID（8 位）/ 继续代码（8 位）/ 产品 ID（第 1 个字节）/ 产 品 ID （第 2 个字节）。 在 RDID 命令中，通过在 CS 上升之前连续发送 SCK 时钟， SO 在 32 位器件 ID 输出之后保持最后一位的 输出状态。
名称
描述
操作码
WREN
设置写使能锁存器
0000 0110B
WRDI
复位写使能锁存器
0000 0100B
RDSR
读状态寄存器
0000 0101B
WRSR
写状态寄存器
0000 0001B
READ
读内存代码
0000 0011B
WRITE
写内存代码
0000 0010B
RDID
读器件 ID
1001 1111B
MB85RS16
■ 引脚分配
CS SO WP GND
( 顶视图 ) 1 2 3 4
8
VDD
7
HOLD
6
SCK
5
SI
(FPT-8P-M02)
■ 引脚功能描述
引脚编号 引脚名称
功能描述
芯片选择引脚
这是进行芯片选择的输入引脚。当 CS 为 “高”电位时，器件处于取消选择 （等待）状
1
CS 态， SO 成为高阻抗状态。这次会忽略从其他引脚的输入。 CS 为 “低”电平时，器件
铁电存储器在仪表中的应用
摘要：FRAM是一种新型存贮器，最大特点是可以随总线速度无限次的擦写，而且功耗低。
FRAM 性能优越于EEPROMAT24C256。
关键词：存贮器；FM24C256；AT24C256；EEPROM一．概述：FRAM是最近几年由RAMTRON公司研制的新型存贮器，它的核心技术是铁电晶体材料，拥有随即存取记忆体和非易失性存贮产品的特性。
FM24C256是一种铁电存贮器（FRAM）,容量为256KBIT存贮器，它和AT24C256容量等同，总线结构兼容，但FM24C256的性能指标远大于AT24C256。
在存贮器领域中，FM24C256应用逐渐被推广和认可，尤其是大容量存贮器，它的优良特性远高于同等容量的EEPROM。
在电子式电能表行业中，数据安全保存是最重要的。
随着电子表功能的发展，保存的数据量越来越大，这就需要大容量的存储器，而大容量的EEPROM性能指标不是很高，尤其是擦写次数和速度影响电能表自身的质量。
FM24C256在电能表中的使用，会提高电能表的数据安全存贮特性。
二．铁电存贮器（FRAM）FM24C256的特性：传统半导体记忆体有两大体系：易失性记忆体（volatilememory）和非易失性记忆体（non-volatilememory）。
易失性记忆体像SRAM和DRAM在没有电源的情况下都不能保存数据。
但这种存贮器拥有高性能、易用等优点。
非易失性记忆体像EPROM，EEPROM和FLASH能在断电后仍保存数据。
但由于所有这些记忆体均起源自ROM技术，所以不难想象得到他们都有不易写入的缺点：写入缓慢、读写次数低、写入时工耗大等。
FM24C256是一个256Kbit的FRAM，总线频率最高可达1MHz，10亿次以上的读写次数，工耗低。
与典型的EEPROMAT24C256相比较，FM24C256可跟随总线速度写入，无须等待时间，而AT24C256必须等待几毫秒（ms）才能进行下一步写操作。
FM24C256可读写10亿次以上，几乎无限次读写。
铁电存储器 [自动保存的]
![铁电存储器 [自动保存的]](https://img.taocdn.com/s1/m/11a7c8076529647d2628523c.png)
二、FRAM原理及特点
写入方法与DRAM稍有不同。DRAM利用电容器中有无电荷记录数据，因此使用名 为位线的布线单向加压。而FeRAM由于必须双向加压，因此除位线以外，还添加 了名为板线的线路。写入“1”时，由板线向位线加压。写入“0”时则反过来由 位线向板线加压。 读取方法也不同于DRAM。DRAM根据电容器中有无电荷判定 “1”或“0”。而FeRAM则不能直接读出电容器的状态。因此读取时通过强行写 入“1”，来判定“0”还是“1”。数据为1时由于状态不变，因此电荷移动少。 而数据为0时由于状态发生反转，因此会产生大的电荷移动。利用这种电荷差判 定1和0， FeRAM在读取时也进行写入动作。
铁电存储器成品图
五、FRAM与其它存储技术比较
FRAM与E2PROM FRAM可以作为E2PROM的第二种选择，它除了 E2PROM的性能外，访问速度要快得多。
FRAM与SRAM 从速度、价格及使用方便来看SRAM优于FRAM，但 是从整个设计来看，FRAM还有一定的优势。 非易失性的FRAM可以保存启动程序和配置信息。如 果应用中所有存储器的最大访问速度是70ns，那么可以 使用一片FRAM完成这个系统，使系统结构更加简单。
但是在铁电电容中反复写入会使之加速老化。
也就是说不仅是写入时，读取时FeRAM也会产生 老化，并且FeRAM在读取时与DRAM一样，是破坏 性读取，所以也需要像DRAM那样进行回写操作
FRAM的读操作
FRAM读操作过程是：在存储单元电容上施加一已 知电场，如果原来晶体的中心原子的位置和施加的电 场方向后使中心原子达到的位置相同，则中心原子不 会移动；若不相同，则中心原子将越过晶体中间层的 高能阶到达另一位置，则在充电波形上就会出现一个 尖峰，即产生原子移动的比没有产生移动的多了一个 尖峰，把这个充电波形 同参考位的充电波形进行比较， 便可以判断检测的存储单元中的内容是“1”或“0”。。
关于铁电存储器(FRAM)的常见问答
关于铁电存储器(FRAM)的常见问答问：和其它非易失性存储器制造技术相比，铁电存储器在性能方面有什么不同吗?答： 铁电存储器在性能方面与EEPRON和Flash相比有三点优势之处: 首先，铁电存储器的读写速度更快。
与其它存储器相比，铁电存储器的写入速度要快10万次以上。
读的速度同样也很快，和写操作在速度上几乎没有太大的区别。
其次，FRAM存储器可以无限次擦写，而EEPROM则只能进行100万次的擦写。
最后，铁电存储器所需功耗远远低于其他非易失性存储器。
问：和其它存储器相比铁电存储器有什么不同吗？答： 如果要回答这个问题的话，简单了解一下存储器技术的背景资料很有必要。
存储器的生产技术可以分为两类：易失性和非易失性。
易失性存储器在断电后存储的数据 会丢失，而非易失性存储器则不然。
传统的易失性存储器包括SRAM(静态随机存储器)和DRAM(动态随机存储器)。
他们都源自RAM技术-随机存取存储 器技术。
RAM 的主要优点是容易使用且读写操作类似。
但是传统RAM的主要缺点是其只能被用来做暂时性的存储。
传统的非易性存储器技术均源自ROM技术，即只读存储器技 术。
经过各种技术的改进，工程师们创造出Flash和EEPROM存储器，这些改进的存储器开始能够进行写入操作了。
但是这种基于ROM技术生产的存储器 都有不易写入、写入需要特大功耗等缺点。
所以传统的基于ROM技术制造的存储器是不适应需要多次写入操作的应用领域的。
而铁电存储器(FRAM)则是第一个非易失性的RAM存储器。
它结合了SRAM和DRAM易写入的特性，又具有Flash和EEPROM得非易失性的特点。
问：铁电存储器怎样与其它高性能的非易失性存储器，诸如MRAM来竞争？答： 两者最大的区别就是产品技术和市场是否成熟。
铁电存储器是从实验室研发阶段一步步发展到拥有巨大客户群的生产销售阶段的。
而 MRAM和其他比较高级的存储器虽然承诺的条件和技术很好，但是在实际应用层面还面临着许多障碍，很难达到目前铁电存储器的水平，并且铁电存储器的技术还 在不断的更新和改进。
FM24CL64中文资料,无延迟写周期,铁电存储器
与EEPROM系列不同的是，FM24CL64以 总线速度进行写操作，无须延时。数据发到 FM24CL64后直接写到具体的单元地址， 下一 个总线操作可以立即开始。 FM24CL64的读写 寿命是EEPROM的很多倍速，而且由于无需要 内部电压提升电路，FM24CL64在写操作期间 功耗比EEPROM低得多。
第 4页
源正常或者没有新的地址被写入，那么内部地址将一 直保持。读操作总是使用当前地址，如果要执行一个 随机地址读操作，那么必须执行一个写操作，这一点 将在下面进行描述。 每一个字节传送后，FM24CL64内部地址锁存器在应答 前递增。这样在没有另外的寻址要求情况下，就可以
访问下一个顺序字节。在最后一个地址１ＦＦＦＨ到达后， 地址计数器的内容又返回到００００Ｈ。在一个读写操作
主机每次应答一个字节后，标明ＦＭ２４ＣＬ６４将读出 下一个顺序字节。 有四种方式可以正确的终止读操作，失败地终止 读操作就很有可能会造成总线竞争，此时 FM24CL64总是试图读出额外的数据送到总线上。
数据/地址传送
所有数据传送（包括地址）都发生在SCL为高电平 的时候，除了以上两种情况外，SDA信号在SCL 为高电平时不能改变。
应答
在任何传送中，应答信号出现在第8位数据位被传 送之后，在这个状态下，发送方应该释放SDA信号 以便由接收方驱动。接受方驱动SDA为低电平，以
应答收到一个字节数据。如果接收方没有发出 应答信号，那么这是一个无应答状态，操作 将被中止。有两个明显的理由使得接收方没有发
第 2页
总体概述
FM24CL64是一种串行非易失存储器，它的 结构容量为8，192*8位，接口方式为工业标准二 线制造串行接口，与串行EEPROM的功能操作相 似，与EEPROM具有相同的引脚排列，不同之处 在于，FM24CL64具有非常出色的写操作性能。
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源正常或者没有新的地址被写入，那么内部地址将一 直保持。读操作总是使用当前地址，如果要执行一个 随机地址读操作，那么必须执行一个写操作，这一点 将在下面进行描述。 每一个字节传送后，FM24CL64内部地址锁存器在应答 前递增。这样在没有另外的寻址要求情况下，就可以
访问下一个顺序字节。在最后一个地址１ＦＦＦＨ到达后， 地址计数器的内容又返回到００００Ｈ。在一个读写操作
主机每次应答一个字节后，标明ＦＭ２４ＣＬ６４将读出 下一个顺序字节。 有四种方式可以正确的终止读操作，失败地终止 读操作就很有可能会造成总线竞争，此时 FM24CL64总是试图读出额外的数据送到总线上。
数据/地址传送
所有数据传送（包括地址）都发生在SCL为高电平 的时候，除了以上两种情况外，SDA信号在SCL 为高电平时不能改变。
应答
在任何传送中，应答信号出现在第8位数据位被传 送之后，在这个状态下，发送方应该释放SDA信号 以便由接收方驱动。接受方驱动SDA为低电平，以
应答收到一个字节数据。如果接收方没有发出 应答信号，那么这是一个无应答状态，操作 将被中止。有两个明显的理由使得接收方没有发
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总体概述
FM24CL64是一种串行非易失存储器，它的 结构容量为8，192*8位，接口方式为工业标准二 线制造串行接口，与串行EEPROM的功能操作相 似，与EEPROM具有相同的引脚排列，不同之处 在于，FM24CL64具有非常出色的写操作性能。
MB85RC64中文
铁电存储器MB85RC64（8K×8）1.概述MB85RC64了FRAM（铁电随机存取记忆体）独立芯片配置了8192×8位，形成铁电工艺和硅栅CMOS工艺技术非易失性内存中的细胞。
MB85RC64采用两线串行接口（与世界标准的I2C总线兼容）。
与SRAM不同的MB85RC64是无需使用数据备份电池，能够保留数据。
MB85RC64的读写次数10亿次，与EPROM和FLASH相比，有显著的改善。
而且不在向写完存储器后，不需要查询序列。
2.特性●位操作：8192×8位●工作电压：2.7V—3.3V●工作频率：400KHz●两串行总线：I2C总线2.1标准版，支持标准模式和快速模式，由SCL和SDA控制。
●工作温度范围：-40℃—85℃●数据保持：10年（55℃）●读写寿命：至少每位10亿次●封装：Plastic / SOP, 8-pin (FPT-8P-M02)●低电压消耗：工作电流0.15mA，待机电流5uA3.管脚分配3.管脚功能描述管教编号管脚名功能描述1—3 A0/A1/A2 器件地址一个I2C总线可以连接8个和MB85RC64类似的器件。
通过将A0/A1/A2与VDD和VSS连接，确定每个器件的地址。
如果A0/A1/A2未连接，默认为0。
CPU通过SDA线输出一个地址与器件进行匹配。
4 VSS 数字地5 SDA 数据IO串口这是双向通信的数据IO口，用来读写铁电存储器的阵列数据，这是开漏极输出，可能是与其它漏极开路(或者集电极开路信号总线)进行线或运算，因此需要一个上拉电阻连接到外部电路。
6 SCL 时钟串口这是时钟输入口，时钟上升沿进行数据采样，下降沿进行数据输出。
7 WP 写保护WP是H电平，禁止写入。
WP是L电平，可进行写数据，如果WP没有置位，默认为L电平。
而读数据操作，不受WP 管脚的限制。
8 VDD 电源电压4.模块框图5.I2C电路MB85RC64有两线串行接口，支持I2C总线，并作为从器件工作。
fram工艺
fram工艺FRAM（Ferroelectric Random Access Memory）是一种非易失性存储器，它FRAM（Ferroelectric Random Access Memory）是一种非易失性存储器，它利用铁电材料的极化特性来存储数据。
FRAM具有高速读写、低功耗、高可靠性和长寿命等优点，因此在许多领域都有广泛的应用前景。
本文将对FRAM 工艺进行详细介绍。
1. FRAM的工作原理FRAM的工作原理是利用铁电材料的极化特性来存储数据。
铁电材料具有两种稳定的状态：正向极化和反向极化。
在这两种状态下，铁电材料的电阻率有很大的差异。
通过改变铁电材料的极化状态，就可以实现数据的写入和读取。
FRAM的数据存储是通过铁电材料的电容来实现的。
当铁电材料处于正向极化状态时，其电容较小；当铁电材料处于反向极化状态时，其电容较大。
通过检测铁电材料的电容变化，就可以判断出存储的数据是0还是1。
2. FRAM的优点FRAM具有以下优点：（1）高速读写：FRAM的读写速度非常快，可以达到几纳秒的级别。
这使得FRAM非常适合于高速数据传输和实时数据处理的应用。
（2）低功耗：FRAM的读写操作不需要额外的能量，因此其功耗非常低。
这使得FRAM非常适合于低功耗电子设备的设计。
（3）高可靠性：FRAM是非易失性存储器，即使在断电的情况下，数据也不会丢失。
此外，FRAM的寿命非常长，可以达到10亿次以上的读写操作。
（4）抗辐射：FRAM对辐射具有很强的抗干扰能力，这使得它在航天、军事等领域具有很大的应用潜力。
3. FRAM的缺点尽管FRAM具有很多优点，但它也存在一些缺点：（1）价格较高：由于FRAM的制造工艺复杂，目前其价格相对于其他存储器来说较高。
随着技术的发展和市场需求的增加，预计未来FRAM的价格会逐渐降低。
（2）容量限制：目前市场上常见的FRAM存储容量为几十千比特到几百千比特。
虽然已经有一些公司开始研发更大容量的FRAM，但其成本和可靠性仍然是一个问题。
储存器的终结者FRAM铁电存储器
个非易失性 的 Ｒ Ｍ存储器产 品。 Ａ
Ｉ ＣＣ
个 我 们 拿 来 记 忆 逻辑 中 的“ ”另 一 个 记 忆 … ’ 中 心 原 子 能 在 ０， １。 常 温 ， 有 电 场 的情 况 下 停 留 在 此 状 态 达 一 百 年 以 上 。铁 电 记 没 忆 体 不 需 要 定 时 刷 新 ， 在 断 电 情 况 下 保 存 数据 。 能 由 于 在 整 个 物 理 过 程 中没 有 任 何 原 子 碰 撞 ，铁 电记 忆 体 （Ｒ Ｍ） 有 高 速 读 写 、 低 功 耗 和 无 限 次 写 入 等 超级 特 性 。 ＦＡ 拥 超 传 统 半 导 体 记 忆 体 有 易失 性 记 忆 体 （ｏ ｔｅｍ ｍ ｒ） 非 ｖｌ ｉ ｅ ｏｙ 和 ａｌ 易 失 性 记 忆 体 （ｏ —ｖｌ ｉ ｅ ｒ） 大 体 系 ， 失 性 记 忆 体 ｎ ｎ ｏａ ｌ ｍ ｍｏ 两 ｔｅ ｙ 易 如 Ｓ Ａ 和 Ｄ Ａ 在 没 有 电 源 的情 况 下 都 不 能 保 存 数 据 ， ＲＭ Ｒ Ｍ， 但 这 种 存 储 器 拥 有 高 性 能 、易 用 等 优 点 。非 易 失 性 记 忆 体 如 Ｅ — Ｐ Ｏ 、 Ｅ Ｒ Ｍ 和 Ｆ Ａ Ｈ 能 在 断 电后 仍 保 存 数 据 ， 由于 所 Ｒ Ｍ Ｅ ＰＯ ＬＳ 但
Ｓ￣ｏ ｓ ｔｃ ｎ０
有这些记忆 体均源 自只读存储 器 （ Ｏ 技术 ，所 以它们都 有 Ｒ Ｍ）
不 易写 入 的 缺 点 。确 切 地 说 ， 这些 缺 点 包 括 写 入 缓 慢 、 限 写 有 入 次 数 、 入 时 需 要 特 大 功 耗 等 等 。图 １ １ Ｋ 比特 铁 电存 储 写 为 ６
Ｒａ ｒ ｎ ＦＭ２ ｍｔｏ ４Ｃ１ ６ Ａｔ ｌ ｍｅ Ｓ Ｔ ＡＴ２ ４Ｃ１ ６ ｓ ＇４Ｃ１ １２ ６
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16Kbit非易失性铁电存储器（FRAM）芯片FM25C160原理及其应用哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院周宝国The Principle of 16-Kbit Nonvolatile FRAM Chip FM25C160 and ItsApplicationZhou Baoguo摘要：FM25C160是美国Ramtron公司生产的非易失性铁电介质读写存储器。
它具有高速读写，超低功耗和无限次写入等特性。
文中介绍了FM25C160的性能特点﹑管脚定义﹑内部结构和工作原理。
给出了AT89C51单片机与FM25C160的接口电路图和对FM25C160的写操作流程图。
关键词：铁电存储器(FRAM)；FM25C160；SPI总线；写保护1．概述传统半导体存储器主要有两大体系：易失性存储器（volatile memory）和非易失性存储器（non-volatile memory）。
易失性存储器主要包括静态随机存储器SRAM和动态随机存储器DRAM。
非易失性存储器主要包括掩模只读存储器OTP RAM﹑可紫外线擦除可编程只读存储器EPROM﹑可电擦除可编程只读存储器EEPROM﹑可快速电擦除可现场编程的快闪存储器Flash Memory和用高能量锂电池作静态读写存储器后备电源的非易失静态读写存储器NVSRAM。
SRAM和DRAM等易失性存储器在没有电的情况下都不能保存数据。
EPROM﹑EEPROM和Flash等非易失性存储器虽然在断电后仍能保存资料，但由于这类存储器均源于只读存储器（ROM）技术，因此都有不易写入的缺点。
FRAM是由美国Ramtron公司生产的非易失性铁电介质读写存储器。
其核心技术是铁电晶体材料，这一特殊材料使得铁电存贮产品同时拥有随机存储器(RAM) 和非易失性存储器的特性。
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。
FM25C160是16Kbit串行FRAM，它的主要特点如下：● 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，FM25C160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。
2． FM25C160的引脚定义及功能框图图1为FM25C160的引脚排列，图2为其内部功能结构框图。
表1为FM25C160的引脚定义。
VSS SI图1 FM25C160的引脚排列图2 FM25C160 内部功能结构框图表1 FM25C160引脚定义引脚号引脚名称 I/O 功能 1 /CS I 片选 2SO O 串行数据输出3 /WP I 写保护输入4 VSS I 接地端5 SI I 串行数据输入6 SCK I 串行时钟输入7 /HOLD I CPU 暂时中断对FM25C160的操作 8VCCI +5V 电源3． 工作原理3.1存储器结构和串行外围接口（SPI ）总线FM25C160是串行FRAM 。
其内部存储结构形式为2048×8位，地址范围为000H ～7FFH ，采用16位地址寻址方式。
寻址遵循SPI 协议，包括一个片选（允许总线上有多个器件），一个操作码和一个2字节地址。
在实际的读写操作中，有效地址为11位，其中高5位地址为任意值。
SPI 接口是一种时钟和数据同步的串行接口，使用4个引脚：时钟﹑数据输入﹑数据输出和片选。
SPI 有4种工作方式，分别为方式0﹑方式1﹑方式2和方式3。
FM25C160支持SPI 方式0和方式3（而FM25160只支持SPI 方式0）。
使用时，在/CS 信号的下降沿，时钟线和数据线的状态即可确定FM25C160的工作方式。
SPI方式0和方式3的时序图如图3所示。
1）SPI 方式0 CPOL=0 CPHA=02）SPI 方式3 CPOL=1 CPHA=1 图3 FM25C160的工作方式3.2操作指令集FM25C160的SPI 协议有操作指令来控制。
当片选信号有效时（/CS=0），对FM25C160操作的第一个字节为命令字，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：第一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（最高有效位）在前的方式传送。
表2 FM25C160操作指令集指令指令格式操作WREN 0000 0110B 设置写使能锁存器（允许写操作）WRDI 0000 0100B 复位写使能锁存器（禁止写操作）RDSR 0000 0101B 读状态寄存器WRSR 0000 0001B 写状态寄存器READ 0000 0011B 从FM25C160读出数据WRITE 0000 0010B 数据写入FM25C1603.3状态寄存器和写保护FM25C160具有硬件保护和软件保护双重写保护功能。
首先，在任何写操作之前，必须先用WREN指令对写使能锁存器置位；其次，在写允许的情况下，应使写入存储器的操作受控与状态寄存器；再次，还要对状态寄存器进行操作，这需要WRSR指令并要求/WP引脚为高电平。
其状态寄存器的内容及格式如表3。
表3 状态寄存器位7 6 5 4 3 2 1 0名称WPEN 0 0 0 BP1 BP0 WEL 0 其中，位0和4～6恒为“0”，WPEN﹑BP1和BP0是写保护控制位，WEL 是写使能锁存器状态位。
BP1和BP0为存储器存储区间（块）的写保护位，其保护的地址范围如表4所列。
表5为WEL位﹑WPEN位和/WP引脚对写保护功能的影响。
表4 存储器块写保护地址范围BP1 BP0 保护地址范围0 0 无0 1 600H～7FFH（上部1/4）1 0 400H～7FFH（上部1/2）1 1 000H～7FFH（全部）表5 写保护条件WEL WPEN /WP 受保护区未受保护区状态寄存器0 ××保护保护保护1 0 ×保护未保护未保护1 1 0 保护未保护保护1 1 1 保护未保护未保护3.4对FM25C160的读写操作在对FM25C160写数据时，一般先送WREN指令，后送WRITE指令。
在WRITE指令之后接2字节的地址，这16位地址中的高5位为任意码，低11位地址为要写入的首字节数据的有效地址，16位地址后面为所要写入的数据。
若输入的数据多于1个，那么第一个数据之后的数据存储地址由FM25C160内部自动按顺序增加给出。
当地址到达7FFH时，地址计数器重置为000H。
输入的数据一般最高有效位（MSB）在前，最低有效位（LSB）在后。
对FM25C160进行读数据的过程与写操作相似。
不同的是在读操作之前不必象在写操作之前那样先送WREN指令。
4．应用举例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（图4）及对FM25C160的写操作流程图（图5）。
该应用系统可在FM25C160芯片的400H～7FFH地址范AT89C51 FM25C160图5 AT89C51与FM25C160的接口电路图图6 对FM25C160的写操作流程图5．结束语由于铁电存储器(FRAM)拥有高速读写，超低功耗和无限次写入等特性，同时拥有随机存储器(RAM) 和非易失性存储器的特性，它是EEPROM的理想替代品。
Ramtron公司的FRAM有串口系列和并口系列，同时在引脚和功能上和工业标准的普通存储器兼容，因此具有很好的应用前景。
参考文献1．潘海鸿．16Kbit非易失铁电RAM芯片FM25C160及其应用．国外电子元器件，2002（11）：52-552．FM25C160 Data Sheet．Ramtron International Corporation．20013．FRAM铁电存储器技术原理．深圳市华胄科技有限公司。