鐵電存儲器的原理及應(yīng)用

1、Ramtron推出首款2兆位串行F-RAM存儲器FM25H20類別：新品推薦 發(fā)布時間：2008-4-17閱讀：879Ramtron推出首款2兆位串行F-RAM存儲器，采用8腳TDFN (5.0 x 6.0 mm) 封裝。FM25H20 采用先進的130納米CMOS工藝生產(chǎn)，是高密度的非易失性F-RAM存儲器，以低功耗操作，并備有高速串行外設(shè)接口(SPI)。該3V、2Mb串行F-RAM器件以最大的總線速度寫入，具有幾乎無限的耐用性，通過微型封裝提供更大的數(shù)據(jù)采集能力，使系統(tǒng)設(shè)計人員能夠在計量和打印機等高級應(yīng)用中減少成本和板卡空間。 FM25H20是串行閃存的理想替代產(chǎn)品，用于要求低功耗和最小板

2、卡空間的精密電子系統(tǒng)中，包括便攜式醫(yī)療設(shè)備如助聽器等，它們實際上是微型數(shù)據(jù)處理器，但受到空間有限及功耗低的限制。與閃存相比，F(xiàn)-RAM的優(yōu)勢包括大幅降低工作電流、寫入速度更快、寫入耐用性更比閃存高出多個數(shù)量級。 Ramtron 戰(zhàn)略市場拓展經(jīng)理 Duncan Bennett 解釋道：“對于那些需要在其新一代應(yīng)用中提高數(shù)據(jù)采集能力，卻不增加板卡空間的計量和打印機客戶而言，這款 2Mb 串行 F-RAM 是自然的產(chǎn)品延伸。FM25H20 以相同的小占位面積，為半兆位串行 F-RAM 客戶提供高達四倍的存儲能力。除提升現(xiàn)有系統(tǒng)外，這種技術(shù)發(fā)展還推動 F-RAM 進入多個需要低功耗存儲器而空間嚴重受限

3、的新興市場，如便攜式醫(yī)療設(shè)備?！?FM25H20是256K x 8位非易失性存儲器，以高達40MHz的總線速度進行讀寫操作，具有幾乎無限的耐用性、10年的數(shù)據(jù)保存能力，以及低工作電流。該器件設(shè)有工業(yè)標準SPI接口，優(yōu)化了F-RAM的高速寫入能力。FM25H20還備有軟件和硬件寫保護功能，能避免意外的寫入與數(shù)據(jù)損壞。 該2Mb串行F-RAM以低功耗工作，在40MHz下讀/寫操作的耗電低于10mA，待機狀態(tài)下耗電為80A (典型值)，超低電流睡眠模式下耗電為3A (典型值)。FM25H20與同等串行閃存器件接腳兼容，并且具備快速存取、高耐用性和低工作電流等特性，比較閃存更為優(yōu)勝。該器件在整個工業(yè)溫

4、度范圍內(nèi) (-40 至+85) 于2.7至3.6V電壓下工作。 FM25H20以德州儀器|儀表公認的130納米CMOS制造工藝為基礎(chǔ)。在標準CMOS 130 nm邏輯工藝內(nèi)嵌入非易失性F-RAM模塊，僅使用了兩個額外的掩模步驟。 供貨 FM25H20現(xiàn)提供樣品，并采用符合RoHs要求的8腳TDFN封裝，與8腳SOIC封裝器件占位面積兼容。鐵電存儲器的原理及應(yīng)用摘要：本文主要介紹了鐵電存儲器FM20L08的原理及應(yīng)用。該存儲器不僅克服了EEPROM和Flash存儲器寫入時間長、擦寫次數(shù)少等缺點，而且增加了電壓監(jiān)控器和軟件控制的寫保護功能，1MB的存儲容量足以替代靜態(tài)隨機存儲器。介紹FM20L08

5、的引腳功能和工作原理，并在此基礎(chǔ)上給出基于FM20L08的高速數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的設(shè)計方案及與單片機的接口電路。關(guān)鍵詞：鐵電存儲器；FM20L08；高速數(shù)據(jù)記錄；應(yīng)用 1 引言 在一些需要下位機單獨工作的場合(如汽車行駛記錄儀、高速存儲測試設(shè)備等)，其數(shù)據(jù)的高速存儲和掉電不丟失尤為重要。Ramtron公司推出的FM20L08型非易失性鐵電存儲器除具有其他鐵電存儲器的一般特點外，彌補了已有鐵電存儲器存儲量小的缺點，其數(shù)據(jù)存儲量達l MB，可完全替代標準異步靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)。2 FM20L08的特點和引腳功能FM20L08型非易失性鐵電存儲器的存儲容量為128 Kx8位，可無限次擦寫，掉電后數(shù)

6、據(jù)可保存10年，工作電壓為3 V，最大功耗電流為22 mA，采用32引腳TSOP型封裝。圖1示出FM20L08的引腳排列，表l示出FM20L08的主要引腳功能。 FM20L08內(nèi)存分為8個頁面，每個頁面可分為16 Kx8 bit，由地址總線的低3位選擇不同的頁面。新增加的頁面操作模式的操作速率為33 MHz。FM20L08增加了軟件控制寫保護功能，存儲序列按地址排成8個區(qū)域，每個區(qū)域都能通過軟件單獨設(shè)置寫保護，不需要其他硬件或改變引腳排列。 FM20L08新增內(nèi)部電壓監(jiān)控器驅(qū)動LVL(Low Voltage Lockout)信號，用于監(jiān)控電源的供電情況。當電源電壓下降到臨界值以下時，LVL輸出

7、低電壓信號，顯示電路處于寫保護狀態(tài)。LVL信號處于低電平時，存儲器可以自動阻止無意讀寫和防止存儲頁面數(shù)據(jù)的破壞。3 FM20L08工作原理3.1 頁面操作模式 FM20L08給用戶提供快速訪問任意頁面的操作，而且對頁面的訪問不需要CE信號有效。對于頁面模式讀操作，只要數(shù)據(jù)位連在總線上，通過地址總線低3位選擇不同頁面，便可讀取存儲器上的數(shù)據(jù)。對于頁面模式寫操作，需要第1個寫脈沖定義第一次寫操作。當CE為低電平時，寫脈沖連同1個新的地址進行頁面模式寫操作。圖2示出頁面模式讀操作時序。圖3示出頁面模式寫操作時序。3.2 電壓監(jiān)控器 FM20L08內(nèi)部的電壓監(jiān)控器不斷檢測電源電壓，當VDD低于臨界指示

8、電壓VTP時，LVL輸出低電平信號，存儲器處于受保護狀態(tài)，阻止電源電壓太低和無意干擾信號訪問存儲器。這并不代表LVL信號可以用于系統(tǒng)復(fù)位，因為系統(tǒng)主機可能在低于電路特殊電壓時進行寫操作。LVL引腳用于存儲器是否閉鎖的狀態(tài)指示。電源電壓超過門限電壓VTP時要經(jīng)歷延時tPULV后LVL才變高電平，在這個時間段里存儲器可以被訪問。3,3 軟件寫保護 存儲器128 Kx8位的地址空間有8個區(qū)域，每個區(qū)域的地址空間為16 Kx8位。每個區(qū)域獨立進行軟件寫保護，而且是非易失性的。寫保護由8位數(shù)據(jù)組成，具體分區(qū)如表2所示。首先在規(guī)定地址置入數(shù)據(jù)，寫保護區(qū)域標志位為高電平；其后在另一規(guī)定地址置入數(shù)據(jù)，寫保護區(qū)

9、域標志位為低電平；再在規(guī)定地址寫入任意數(shù)據(jù)并返回普通模式。對區(qū)域O、l、4的寫保護過程如表3所示。4 FM20L08的應(yīng)用 在對爆炸過程中的溫度、沖擊波和壓力等參數(shù)進行實時采集和記錄時，為了更好地了解爆炸過程的情況，必須有高速的數(shù)據(jù)采集和大量的數(shù)據(jù)存儲作保證。鐵電存儲器的高速寫入和掉電數(shù)據(jù)不丟失特性完全適合此類情況，但以往的鐵電存儲器最大容量只有256 KB，單個存儲器無法對整個作用過程進行記錄，F(xiàn)N20L08正好解決了存儲容量小的問題。爆炸前在目標區(qū)域放置多個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，接通電源，啟動單片機內(nèi)部程序，等待信號出現(xiàn)。起爆后，沖擊波傳感器和溫度傳感器將被測信號經(jīng)調(diào)理電路送入單片機，單片機首先判

10、斷輸入信號值是否大于門限值，只有輸入信號值大于門限值才能存儲在鐵電存儲器的存儲單元內(nèi)，并在一定時間后關(guān)閉存儲器。試驗完畢，工作人員可將采集到的數(shù)據(jù)在PC機上顯示。圖4示出由單片機控制FM20L08的原理圖。5 結(jié)束語 本文介紹了FM20L08鐵電存儲器的原理及應(yīng)用，給出了測量爆炸過程溫度、沖擊波信號的應(yīng)用及單片機控制的硬件電路。該設(shè)計可以直接或稍加改動移植到汽車行駛存儲測試系統(tǒng)等類似的系統(tǒng)中。用該電路作為測量爆炸參數(shù)的設(shè)備，具有寫入速度快、數(shù)據(jù)存儲容量大、可靠性高等優(yōu)點。模擬試驗證明可以滿足測量要求，可以實現(xiàn)現(xiàn)有爆炸試驗過程的數(shù)據(jù)記錄，具有較高的經(jīng)濟效益。鐵電存儲器的三個典型應(yīng)用摘要:鐵電存儲

11、器(FRAM)以其非揮發(fā)性,讀寫速度塊, 擦寫次數(shù)多,和低功耗等特點被廣泛應(yīng)用各行各業(yè). 文章首先介紹鐵電的原理, 之后分別介紹鐵電儲存器在電表, 稅款機, 和電子道路收費系統(tǒng)的典型應(yīng)用. 關(guān)鍵詞: 鐵電儲存器, 應(yīng)用 1 鐵電儲存器的原理 上圖是鐵電的原子結(jié)構(gòu)圖. 當一個電場施加到鐵電晶體時, 中心原子會順著電場的方向在晶體里移動. 當原子移動通過一個能量壁壘時, 會引起電荷擊穿. 內(nèi)部電路感應(yīng)到電荷擊穿并設(shè)置儲存器. 移去電場后, 中心原子保持不動, 儲存器的狀態(tài)也得以保存.鐵電儲存器不需要定時更新, 調(diào)電后數(shù)據(jù)卻能夠繼續(xù)保存, 速度快而且不容易寫壞. 鐵電儲存器就是根據(jù)該原理設(shè)計而成.2

12、 鐵電儲存器的典型應(yīng)用2.1 鐵電存儲器在電表存儲中的應(yīng)用 概述 在電子技術(shù)日新月異、新型多功能電能表層出不窮的今天，電能表中存儲器的選擇也是多種多樣，存儲器的好壞直接關(guān)系到電能表的正常使用和測量精度。目前應(yīng)用最多的方案仍是SRAM加后備電池、EEPROM、NVRAM這三種。但這三種方案均存在著缺陷。其中SRAM加后備電池的方法增加了硬件設(shè)計的復(fù)雜性，同時由于加了電池又降低了系統(tǒng)的可靠性；而EEPROM的可擦寫次數(shù)較少(約100萬次)，且寫操作時間較長(約10 ms)；而NVRAM的價格問題又限制了它的普及應(yīng)用。因此，工程人員在設(shè)計電能表的存儲模塊時，往往要花很大的精力來完善方案，才能使電表數(shù)

13、據(jù)準確無誤的寫入存儲器中。由于所有的非易失性記憶體均源自ROM技術(shù)。你能想象到,只讀記憶體的數(shù)據(jù)是不可能修改的。所有以它為基礎(chǔ)發(fā)展起來的非易失性記憶體都很難寫入，而且寫入速度慢，它們包括EPROM（現(xiàn)在基本已經(jīng)淘汰）,EEPROM和Flash，它們存在寫入數(shù)據(jù)時需要的時間長，擦寫次數(shù)低,寫數(shù)據(jù)功耗大等缺點。 鑒于以上情況，越來越多的設(shè)計者將目光投向了新型的非易失性鐵電存儲器(FRAM)。鐵電存儲器具有以下幾個突出的優(yōu)點： i. 讀寫速度快。串口FRAM的時鐘速度可達20 MHz，并口FRAM的訪問速度達70 ns，幾乎無須任何的寫入等待時間，可認為是實時寫入，所以不用擔心掉電后數(shù)據(jù)會丟失； i

14、i. 擦寫次數(shù)多。一般認為FRAM的擦寫次數(shù)為100億次，而最新的鐵電存儲器的寫入次數(shù)可達一億億次，這幾乎可以認為是無限次； iii. 超低功耗。FRAM的靜態(tài)工作電流小于10A，讀寫電流小于150A。2.1.2 FM25640與MCU的連接圖 上圖是一款適用于電表設(shè)計的方塊圖，其MCU還具有一個帶有紅外功能的串行通信接口SCI，一個高速SPI，8個鍵盤輸入中斷，以及內(nèi)部LCD驅(qū)動模塊，因而節(jié)省了外掛液晶驅(qū)動芯片。系統(tǒng)中的電能計量芯片使用ADI公司的三相電能計量芯片ADE7755/8，該芯片精確度高，可以提供有功功率、無功功率、視在功率、電壓有效值和電流有效值等多項數(shù)據(jù)，具有兩路脈沖輸出，同時

15、也帶有SPI串口。由于SPI接口可支持多個器件掛在同一個總線上，并可通過片選信號區(qū)分每一個器件，因此，將FM25640和ADE7755/8都通過SPI接口與單片機相連，并將MCU的兩個IO口分別與FM25640和ADE7755/8的片選端CS相連接，就可以實現(xiàn)片選。 2.1.3 工作過程 本電表系統(tǒng)上電復(fù)位后，首先將進行一系列的初始化操作，包括單片機的時鐘發(fā)生模塊的寄存器設(shè)置、系統(tǒng)時鐘的選擇、IO口輸入輸出的設(shè)置、SPI的控制寄存器的初始化、以及開中斷允許等。然后再進行ADE7755/8的模式設(shè)置。在這些初始化工作完成后，ADE7755/8便開始將檢測到的各個電能數(shù)據(jù)存放在相應(yīng)的內(nèi)部寄存器中。

16、單片機通過IO口給ADE7755/8的CS端一個低電平，即可選中ADE7755/8，之后再由ADE7755/8把電能數(shù)據(jù)通過SPI接口傳輸?shù)絾纹瑱C的RAM中。單片機在對數(shù)據(jù)進行處理后，再通過IO口給FM25640的CS端一個低電平，以選中FM25640，同時調(diào)用寫數(shù)據(jù)的子程序， 將數(shù)據(jù)存儲到FM25640中去。之后每隔一分鐘，單片機便發(fā)出一次更新數(shù)據(jù)的命令，重復(fù)上述操作過程。由于每隔一分鐘更新一次數(shù)據(jù)，這樣，一年365天的擦寫次數(shù)為16024365，即525600次，而FM25640的擦寫次數(shù)達100億次，按這樣計算，F(xiàn)M25640可以工作的年數(shù)為19025年!因此，如果系統(tǒng)要求更低的實時性，

17、則完全可以減少更新數(shù)據(jù)的周期，而FM25640出色的擦寫性能完全可以滿足該要求。另外, 在要求更高的系統(tǒng)實時性方面, 也不必擔心數(shù)據(jù)傳輸過程中掉電時數(shù)據(jù)的丟失，因為FM25640幾乎可以認為是實時寫入，無須任何等待時間，從而保證了系統(tǒng)具有很高的實時性和可靠性。 2.1.4 結(jié)束語 FRAM是一高可靠性的非揮發(fā)性儲存器,適合于各種電表的應(yīng)用。在未來的幾年，其存儲密度也將不斷持續(xù)提升,成為儲存主流之一，逐漸替換現(xiàn)有的儲存記憶體，提供了其它存儲記憶體無法解決的方案優(yōu)勢。 2.2 鐵電存儲器在稅控機中的應(yīng)用 2.2.1 概述 許多使用電子電氣設(shè)備的場合都需要采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)(如電表、水表、煤氣灌裝車間、加

18、油站、稅控機及一些破壞性實驗裝置等)。特別是稅控機系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)保存方式、存取速度、使用壽命及防篡改是需要電子開發(fā)人員仔細衡量的問題。稅控機就是在原有電子收款機上加上稅控功能，所以稅控功能和資訊儲存是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。當前其資訊儲存的非易失性數(shù)據(jù)存儲方案有靜態(tài)存儲器SRAM加電池的組合、FLASH閃存芯片、EEPROM和鐵電存儲器FRAM (Ferroelectric Random Accessmemory)等。SRAM加電池的組合容易因電池掉電被數(shù)據(jù)篡改，而FLASH閃存芯片和EEPROM則有壽命問題，故具有讀寫速度快、無限次擦寫及低功耗的特點的FRAM則成為開發(fā)人員的最佳存儲器選則。 2

19、.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 下圖所示是一典型的稅控機方塊圖，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用鐵電存儲器方便的隨采隨存特點，來對每次的數(shù)據(jù)進行處理。 2.2.3 工作過程 圖中的MCU為單片機主控制器，用于控制與作業(yè)裝置的通信和數(shù)據(jù)采集、保存、顯示，以及鍵盤掃描等；FRAM是鐵電存儲器，可保存采集到的數(shù)據(jù)和采集數(shù)據(jù)的時間及讀寫FRAM的地址；身份識別是ID卡讀卡模塊，每臺稅控機需要用兩張卡，分別是稅控卡和用戶卡，稅控卡在出廠時已經(jīng)在稅控機內(nèi)，用戶持有用戶卡，系統(tǒng)會提示用戶在適當?shù)臅r候插入稅控機使用以讀取操作員的工作號碼,以便于責任管理；數(shù)據(jù)采集通道用的是工業(yè)上最常見的RS232總線它有兩個功能，即與作業(yè)設(shè)備的通信和單片

20、機程序的下載；液晶模塊可實時顯示工作狀態(tài)信息；鍵盤可方便工作人員設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)并向作業(yè)裝置發(fā)送命令；Printer可以列印發(fā)票以及報表。 2.2.4 結(jié)束語 鐵電存儲器因其讀寫次數(shù)幾乎可以接近無限次，而且具有速度快、功耗低和操作方便等優(yōu)點，日益受到電子工程師的關(guān)注，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中用FRAM實時保存數(shù)據(jù)的方法可使稅控機的數(shù)據(jù)更可靠，軟件編程更容易用性。 2.3 鐵電存儲器在電子道路收費中的應(yīng)用 2.3.1 概述 電子道路收費系統(tǒng)（Electronic Toll Collection，縮寫ETC；或Electronic Road Pricing System，縮寫ERPS）是一種自動收費方式，通常

21、被使用于高速公路或收費的橋梁或隧道，也被使用于實施市中心道路收費，以減輕交通擠塞的地區(qū)。 現(xiàn)行電子道路收費系統(tǒng)是使用于行進中的車輛，所以一般都采用RFID的無線傳送方式作為資料收發(fā)，由于現(xiàn)行RFID的讀寫距離非對稱,所以典型的電子道路收費系統(tǒng)均采用有源標應(yīng)答器在系統(tǒng)應(yīng)用中作為資料讀寫，這使得系統(tǒng)成本增加且需更換電池。RAMTRON的FRAM產(chǎn)品具有低功耗、快速寫入的能力，在非接觸式記憶體應(yīng)用領(lǐng)域中具有相等讀寫距離的特性可提供比較好的解決方案。應(yīng)用在電子道路收費系統(tǒng)中，可以在等功耗的環(huán)境下，達到15米以上的讀寫距離，因而改變系統(tǒng)架構(gòu)由有源標應(yīng)答器變?yōu)闊o源應(yīng)答器，這不但能節(jié)省系統(tǒng)成本同時還能提高產(chǎn)

22、品可靠性。當系統(tǒng)性能得到提升，則系統(tǒng)可以選擇收集更多的資料類型、或以更高頻率收集資料。此時鐵電(FRAM)記憶體的優(yōu)點會轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯佣黠@的系統(tǒng)優(yōu)點，例如快速的寫入周期能讓系統(tǒng)在更短的時間內(nèi)收集到更多的資料。 2.3.2 系統(tǒng)架構(gòu) 以下是典型電子道路收費系統(tǒng)架構(gòu) 2.3.3 工作過程 PC 數(shù)據(jù)庫為后臺管理資料庫，用于車輛管理及收費記錄控管，可保存采集到的數(shù)據(jù)以及采集數(shù)據(jù)的時間；應(yīng)答器(標簽)置于車輛前擋風玻璃作為車輛識別,以及儲值卡內(nèi)含F(xiàn)RAM鐵電存儲器；讀卡器用于發(fā)射功耗強度固定,得到RF訊號后以讀寫應(yīng)答器；天線安裝于車道上方作為數(shù)據(jù)采集的收發(fā)天線。 2.3.4 結(jié)束語 鐵電存貯器（FRAM

23、）的等距離讀寫特性 快速擦寫和非易失性等特點帶來無線應(yīng)答器的技術(shù)革命，令系統(tǒng)工程師可以縮小現(xiàn)有大體積的有源應(yīng)答器成為無源的小型應(yīng)答器，簡單地擴展了應(yīng)用范圍，節(jié)省了功耗, 成本, 空間，同時增加了整個系統(tǒng)的可靠性。在接下來幾年，會有越來越多的電子道路收費系統(tǒng)采用FRAM應(yīng)答器，因為FRAM技術(shù)提供了其它RFID記憶體無法解決或滿足的方案優(yōu)勢。鐵電存儲器在儀表中的應(yīng)用摘要：FRAM 是一種新型存貯器，最大特點是可以隨總線速度無限次的擦寫，而且功耗低。FRAM性能優(yōu)越于EEPROM AT24C256。 關(guān)鍵詞：存貯器；FM24C256；AT24C256；EEPROM 一概述： FRAM是最近幾年由R

24、AMTRON公司研制的新型存貯器，它的核心技術(shù)是鐵電晶體材料，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）,容量為256KBIT存貯器，它和AT24C256容量等同，總線結(jié)構(gòu)兼容，但FM24C256的性能指標遠大于AT24C256。在存貯器領(lǐng)域中，F(xiàn)M24C256應(yīng)用逐漸被推廣和認可，尤其是大容量存貯器，它的優(yōu)良特性遠高于同等容量的EEPROM。在電子式電能表行業(yè)中，數(shù)據(jù)安全保存是最重要的。隨著電子表功能的發(fā)展，保存的數(shù)據(jù)量越來越大，這就需要大容量的存儲器，而大容量的EEPROM性能指標不是很高，尤其是擦寫次數(shù)和速度影響電能表自身的質(zhì)量。FM24C2

25、56在電能表中的使用，會提高電能表的數(shù)據(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數(shù)據(jù)。但這種存貯器擁有高性能、易用等優(yōu)點。非易失性記憶體像EPROM，EEPROM和FLASH 能在斷電后仍保存數(shù)據(jù)。但由于所有這些記憶體均起源自ROM技術(shù)，所以不難想象得到他們都有不易寫入的缺點：寫入緩慢、讀寫次數(shù)低、寫入時工耗大等。 FM24C256是一個256Kbit 的FRAM，總線頻率最高

26、可達1MHz，10億次以上的讀寫次數(shù)，工耗低。與典型的EEPROM AT24C256相比較，F(xiàn)M24C256可跟隨總線速度寫入，無須等待時間，而AT24C256必須等待幾毫秒（ms）才能進行下一步寫操作。FM24C256可讀寫10億次以上，幾乎無限次讀寫。而AT24C256只有10萬之一百萬次讀寫。另外，AT24C256讀寫能量高出FM24C256有2，500倍。從比較中看出，F(xiàn)M24C256包含了RAM技術(shù)優(yōu)點，同時擁有ROM技術(shù)的非易失性特點。 三FM24C256的應(yīng)用： 在儀表設(shè)計中，數(shù)據(jù)的安全存貯非常重要。如電子式電能表，它在運行期間時刻都在記錄數(shù)據(jù)，如果功能設(shè)計比較多，那么保存的數(shù)據(jù)

27、量大，擦寫次數(shù)比較多。這要求有一個高性能的存貯器才能滿足要求?，F(xiàn)在的儀表設(shè)計，壽命要求長，數(shù)據(jù)保存安全期長。目前，F(xiàn)M24C256是非常適合儀表設(shè)計要求的存貯器。它的性能指標完全達到設(shè)計要求，解決了儀表中的設(shè)計憂慮。更重要的是，它的存貯時間短，能夠在極短的時間內(nèi)保存大量數(shù)據(jù)，解決了儀表在突然斷電時數(shù)據(jù)及時、安全的存貯。RAMTRON公司研制的FM24C256，為了普及使用，存貯指令和AT24C256兼容，只是在讀寫指令和應(yīng)答是不需要延時，提高了擦寫速率。封裝體積、功能管角和AT24C256一樣，使設(shè)計者容易接受和運用。小結(jié)： FM24C256 是一種高性能的存貯器，性能指標遠遠大于EEPROM

28、。在電子式電能表應(yīng)用中，數(shù)據(jù)擦寫次數(shù)比較頻繁，而且在掉電存貯時數(shù)據(jù)量大、時間短，怎樣安全可靠快速的保存數(shù)據(jù)一個關(guān)鍵的技術(shù)。所以，F(xiàn)M24C256的優(yōu)良特性非常適合儀表中使用，如電能表、水表、煤氣表、暖氣表、計程車表、醫(yī)療儀表等應(yīng)用廣泛。它的封裝形式有SOIC和DIP。鐵電存儲器FM3808在TMS320VC5402的應(yīng)用摘要：FM3808是Ramtrom公司生產(chǎn)的新型超低功耗非易失鐵電存儲器，該器件可支持對存儲區(qū)的高速讀寫，并可進行近乎無限次的寫入。FM3808內(nèi)部除具有256kB的存儲陣列外還集成了實時時鐘和系統(tǒng)監(jiān)控模塊，因而功能十分強大。文中介紹了FM3808的性能特點、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理

29、，分析了TMS320VC5402 DSP的并行引導(dǎo)裝載模式。給出了DSP與FM3808組成的并行引導(dǎo)接口方案。關(guān)鍵詞：鐵電存儲器 數(shù)字信號處理器 并行引導(dǎo)裝載模式 FM38081 引言鐵電存儲器（FRAM）是Ramtron公司近年推出的一款掉電非易失性存儲器，它的核心技術(shù)是鐵電晶體材料。這一特殊材料的運用使鐵電存儲器可以同時擁有隨機存儲記憶體（RAM）和非易失存儲器的綜合特性。與EEPROM相比，F(xiàn)RAM可以總線速度寫入數(shù)據(jù)，且在寫入之后不需要任何延時等待。面EEPROM的慢速和大電流寫入使其需要用高出FRAM2500倍的能量去寫入每個字節(jié)。同時，F(xiàn)RAM有近乎無限次的寫入壽命，而且價格比相同

30、容量的不揮發(fā)鋰電SRAM低很多，因此，F(xiàn)RAM特別適合那些對數(shù)據(jù)采集、寫入時間要求很高的場合。自FRAM問世以來，已憑借其各種優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于測量和醫(yī)療儀表、航空航天、門禁系統(tǒng)和汽車黑匣子等系統(tǒng)之中。2 主要特性有內(nèi)部結(jié)構(gòu)FM3808是一款存儲容量為32k8bits的新型FRAM（減16字節(jié)），它具有高速讀寫、超低功耗和無限次讀寫等特性。其主要特點如下：*采用327528位存儲結(jié)構(gòu)；*讀寫次數(shù)高達10 11次，具有10年的數(shù)據(jù)保存能力；*最快并行讀取速度為70ns，寫入無延時；*具有實時時鐘和日歷功能，時鐘寄存器在地址空間的最上16字節(jié)處；*外部供給后備電源，提供32.768kHz的時間記錄晶

31、振；*具有可編程的實時、日歷時鐘和報警時間；*可編程的看門狗定時器；*可編程的電源監(jiān)控模塊。FM3808芯片上集成了了三種不同的功能：32k8B的存儲單元、實時時鐘、日歷功能、系統(tǒng)監(jiān)控功能。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。3 FM3808功能說明31 FM3808實時時鐘操作實時時鐘（RTC）由晶體振蕩器、時鐘分頻器和一個系統(tǒng)寄存器組成。晶體振蕩只有在控制寄存器器（7FF8h）的第7位設(shè)置為0時才能開始工作，時鐘分頻器將32.768kHz的信號分頻成1kHz，并以秒為單位來計數(shù)，可以用標志寄存器（7FF0h）并通過設(shè)置R和W來對各實時鐘寄存器進行讀和寫。實時時鐘需要提供電源才能工作，當供電電壓VDD下降

32、到低于補給電壓VBAK時，實時時鐘電源由VBAK供給。對于FM3808來說，用戶可以選擇用電流做電源，也可以選擇用電容來完成供電。使用1000F的電容時，其供電時間可達30分鐘，若使用0.4F的電容，則供電時間可長達240小時。當標志寄存器的第2位（CAL）設(shè)置成1時，實時時鐘進入校準模式。在校準栻上，INT引腳將輸出512Hz的方波，用戶可以通過測量INT腳偏離512Hz的誤差來進行時鐘校準，校準誤差由用戶寫入到7FF8h單元。在進行完時鐘校準以后，在校準溫度下每月的最大誤差為4.34ppm分，通過置CAL位為0可退出時鐘校準模式。32 FM3808監(jiān)控操作系統(tǒng)監(jiān)控主要包括：報警功能、看門狗

33、定時器、電源監(jiān)控器和系統(tǒng)中斷。報警功能是把應(yīng)用編程寫入的時間值和系統(tǒng)相應(yīng)的值進行對比，如果匹配，就通過INT產(chǎn)生中斷并設(shè)置相應(yīng)的標志位AF為1。報警功能提供有四種匹配值，分別為秒、分、時、日，通過設(shè)置相應(yīng)的位為0可選擇對比位?？撮T狗定時器由可裝載計數(shù)器和自由運行的計數(shù)器組成，看門狗定時器的工作頻率為32Hz，此時晶振OSCEN必須設(shè)置為0。定時器溢出值存放在7FF7h。系統(tǒng)上電時會自動將溢出值加載到裝載寄存器，此時自由運行計數(shù)器開始計時。當計數(shù)器的值與裝載值之前，可以通過設(shè)置WDS位為1來重新裝載溢出值，而此時不會有中斷產(chǎn)生。電源監(jiān)控功能是將VDD與三個門電壓相比比較。這三個門電壓分別為中斷門

34、電壓VINT、存儲器停止門電壓VLO、外部供給電壓VBAK。當VDD達到不同的電壓門限時，F(xiàn)M3808內(nèi)相應(yīng)的功能將停止工作。FM3808共可產(chǎn)生四個外部中斷：看門狗中斷、報警時鐘中斷、電源低電壓中斷和供給電源中斷。33 FM3808存儲器操作FM3808邏輯上可以分成327688位存儲結(jié)構(gòu)，最上面的16字節(jié)分給了實地時鐘的寄存器。FM3808通過并行口與外部微處理器進行接口，其操作與SRAM十分類似。FM3808半存儲單元分成32個塊，每塊由256行和4列即1k8的結(jié)構(gòu)組成。其中A0A7為行選擇線，A8A9為列選擇線，A10A14為塊選擇線。FM3808芯片的CE不能接地，這與普通SRAM不

35、同。FM3808的讀取過程是這樣的：在CE的下降沿，地址信號被鎖存，并啟動一個讀周期，此后即使CE發(fā)生變化也不會影響這個周期的完成。由于FM3808需要在CE的下降沿才能鎖存地址信號，所以不能被CE接地，有效讀時序如圖2所示。在讀時間數(shù)據(jù)之前，需把7FF0.0設(shè)置為“1”，讀出時間數(shù)據(jù)后，應(yīng)將7FF0.0設(shè)置為“0”。在讀數(shù)據(jù)時，當?shù)刂沸盘栨i存后，在OE允許的情況下，DQ0DQ7輸出數(shù)據(jù)。FM3808共有兩種寫工作模式，一種是由WE來控制，另一種是由CE控制。由WE控制的寫時序如圖3所示。雖然FM3808要求在CE下降之間，地址信號要存在5ns的時間，但實際應(yīng)用證明，同時輸出CE與地址信號的接

36、法也是可以的。由于FRAM的讀寫過程會對內(nèi)部存儲單元造成改變，因此在一次讀或?qū)懞?，要很快對原有的?shù)據(jù)進行“修補”?！靶扪a”的過程在CE為高電平時進行，所以在一次讀寫的操作中，CE為低的時間不能太長，否則FM3808將來不及“修補”原有數(shù)據(jù)而造成數(shù)據(jù)丟失。FM3808規(guī)定CE為低的時間不超過10s。4 與TMS320C5402的引導(dǎo)接口TMS320C5402上電后將首先檢查MP/MC引腳的狀態(tài)，若該腳為低電平，說明DSP被設(shè)置為微計算機模式，從片內(nèi)ROM的0FF80h地址開始執(zhí)行程序。在TMS320C5402的0FF80h地址處，存放著一條跳轉(zhuǎn)至0F800h處執(zhí)行DSP自引導(dǎo)裝載（Bootloa

37、der）程序的指令。當TMS320C5402的Bootloader程序時，它將會按HPI裝載模式串行EEPROM裝載程序并行裝載模式標準串行口裝模式I/O口裝載模式的順序循環(huán)檢測，以決定執(zhí)行哪種啟動模式。對以TMS320C5402為核心的數(shù)字信號處理系統(tǒng)來說，并行引導(dǎo)裝載模式是最適用的。TMS320C5402的并行引導(dǎo)裝載模式是將程序代碼從外界存儲器所對應(yīng)的DSP數(shù)據(jù)導(dǎo)域區(qū)中加載到片內(nèi)DARAM中。TMS320C5402的并行 裝載流程如圖4所示。采用并行裝載模式對程序進行加載國時，要根據(jù)并行裝載的格式來配置Flash的程序數(shù)據(jù)存儲空間?？上仍贒SP對應(yīng)的數(shù)據(jù)空間FFFEH和FFFFH地址內(nèi)寫入要存放程序的地址，然后根據(jù)并行裝載的數(shù)據(jù)流，將標識