并行接口鐵電存儲器FM1808及其應(yīng)用

1、并行接口鐵電存儲器FM1808及其應(yīng)用        摘要：RAMTRON公司生產(chǎn)的并行接口高性能鐵電存儲器FM1808是NV-SRAM的理想替代產(chǎn)品。文中介紹了FM1808的性能特點(diǎn)、引腳功能和工作原理，同時重點(diǎn)介紹了鐵電存儲器的應(yīng)用特點(diǎn)及與其它類型存儲器之間的應(yīng)用差別，給出了FM1808的設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)。     關(guān)鍵詞：FRAM；并行接口；鐵電存儲器；FM1808     引言目前，數(shù)據(jù)寫入頻率要求較高且要求掉電不丟失數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域

2、，通常采用內(nèi)部具有鋰電池的不揮發(fā)作為存儲器件，但該類器件昂貴的價格又制約了其在價格敏感領(lǐng)域的應(yīng)用，而如果使用與其兼容的鐵電存儲器，則可很好地解決成本問題，同時又可得到更高的數(shù)據(jù)存儲可靠性。鐵電存儲器是公司的專利產(chǎn)品，該產(chǎn)品的核心技術(shù)是鐵電晶體材料，這一特殊材料使得鐵電存儲器產(chǎn)品同時擁有隨機(jī)存儲器（）和非易失性存儲器（）產(chǎn)品的特性。 是基于鐵電存儲器原理制造的并行接口鐵電存儲器，該存儲器相比其它類型的存儲器有三大特點(diǎn)：幾乎可以像那樣無限次寫入；可隨總線速度寫入而無須任何寫等待時間；超低功耗。這種鐵電存儲器克服了以往和寫入時間長、擦寫次數(shù)少的缺點(diǎn)，其價格又比相同容量的不揮發(fā)鋰電低很多，因而可廣泛應(yīng)

3、用于在系統(tǒng)掉電后需要可靠保存程序及數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域，同時也是價格昂貴的不揮發(fā)鋰電的理想替代產(chǎn)品。      性能特點(diǎn)及引腳定義的主要特性如下：采用先進(jìn)的鐵電技術(shù)制造；存儲容量為 （即 ）；讀寫壽命為億次；掉電數(shù)據(jù)可保存年；寫數(shù)據(jù)無延時；存取時間為；低功耗，工作電流為，待機(jī)電流僅為；采用單工作電壓；工作溫度范圍為；具有特別優(yōu)良的防潮濕、防電擊及抗震性能；與或并行管腳兼容。采用腳和封裝形式。圖 給出了其封裝的引腳排列，各引腳功能說明見表所列。引腳號性  質(zhì)引腳名稱描  述A0A14輸入地址線地址數(shù)據(jù)在CE的下降沿被鎖定D

4、Q0DQ7I/O數(shù)據(jù)線  CE輸入片選當(dāng)CE為低電平時，芯片被選中OE輸入輸出使能當(dāng)OE為低電時，F(xiàn)M1808把數(shù)據(jù)送到總線；當(dāng)OE為高，數(shù)據(jù)線為高阻態(tài)WE輸入寫使能當(dāng)WE為低電平時，總線的數(shù)據(jù)寫入被A0A14所決定的地址中VDD電源電壓輸入5V供電電壓VSS電源地        工作原理具有億次的讀寫壽命，它比其它類型的存儲器讀寫壽命要高得多。盡管如此，其讀寫壽命也是有限的，如果對的工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所了解，則在使用時就可根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理使用存儲單元以延長其讀寫壽命。 存儲器的結(jié)構(gòu)與讀寫壽

5、命可提供比其它非易失性存儲器高得多的寫持久性，然而在一定程度上，存儲器訪問次數(shù)的增加會造成操作出錯概率的增加，即寫入存儲器的數(shù)據(jù)會丟失，而存儲器的內(nèi)容卻仍然可被正常讀出，當(dāng)然上述現(xiàn)象只有在存儲器讀寫次數(shù)達(dá)到億次之后才會出現(xiàn)，因此，為了延長存儲器的讀寫壽命，可以根據(jù)數(shù)據(jù)讀寫的頻繁程度，將數(shù)據(jù)保存在不同的區(qū)域中以進(jìn)行讀寫操作，例如對一些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)如系統(tǒng)配置參數(shù)等，可以放在一個訪問次數(shù)較少的區(qū)域中，而將變化頻繁的數(shù)據(jù)或不需要長久保存的數(shù)據(jù)放在單獨(dú)的區(qū)域中，這樣既可保證系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲的安全性，又可保證非安全區(qū)存儲器的實(shí)際擦寫次數(shù)大于億次，從而延長鐵電存儲器的實(shí)際使用壽命。鐵電存儲器的特殊性在于每一次

6、的讀操作都會破壞原有的數(shù)據(jù)，因此必須在完成讀操作后再執(zhí)行一個回寫過程，這樣，每執(zhí)行一次讀操作，同樣會減少一次讀寫壽命，為了最大限度地增加存儲器的使用壽命，同時又不妨礙用戶使用的靈活性，通常使用獨(dú)特存儲器組織。的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。圖中，的存儲器陣列被劃分為塊，每塊是×，該×的每個塊包括行和列，地址線對行選擇譯碼，對列選擇譯碼，由于每訪問一行都將減少一次壽命，因此，采用此種排列方案可很容易地在一個塊內(nèi)均勻進(jìn)行周期讀寫，例如個字節(jié)的數(shù)據(jù)無須兩次訪問同一行即可被順序訪問，而一個完整的×被讀或?qū)憙H需個周期，圖給出了中一個×存儲器塊的結(jié)構(gòu)圖（存儲器塊）。使用高位

7、地址線來選擇個不同的存儲器塊，由于存儲器每行不能超過塊的界限，因此讀寫操作頻率不同的數(shù)據(jù)應(yīng)放在不同的塊中。 讀操作的功能真值表如表所示。表2 FM1808功能真值表CEOEWE方  式功    能1XX非選芯片未選中111寫DQ07的內(nèi)容寫入40A14地址單元010讀將A0A14地址單元內(nèi)容輸出到DQ07XX鎖存CE的下降沿鎖定地址數(shù)據(jù)讀操作一般在下降沿開始，這時地址位被鎖存，存儲器讀周期開始，一旦開始，應(yīng)使保持不變，一個完整的存儲器周期可在內(nèi)部完成，在訪問時間結(jié)束后，總線上的數(shù)據(jù)變?yōu)橛行?。?dāng)?shù)刂繁绘i存后，地址值可在滿足保持時間參數(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)生改變，這一

8、點(diǎn)不象，地址被鎖存后改變地址值不會影響存儲器的操作。 寫操作寫與讀通常發(fā)生在同一時間間隔，的寫操作由和控制，地址均在的下降沿鎖存?？刂茖懖僮鲿r，在開始寫周期之前置，即當(dāng)有效時，應(yīng)先為低電平。沒有寫延時，讀與寫訪問時間是一致的，整個存儲器操作一般在一個總線周期出現(xiàn)。因此，任何操作都能在一個寫操作后立即進(jìn)行，而不象需要通過判斷來確定寫操作是否完成。 充電操作預(yù)充電操作是準(zhǔn)備一次新訪問存儲器的一個內(nèi)部條件，所有存儲器周期包括一個存儲器訪問和一個預(yù)充電，預(yù)充電在腳為高電平或無效時開始，它必須保持高電平至少為最小的預(yù)充電時間，由于預(yù)充電在上升沿開始，這使得用戶可決定操作的開始，同時該器件有一個為低電平必

9、須滿足的最大時間規(guī)范。      的設(shè)計(jì)及應(yīng)用要點(diǎn)的管腳排列和 兼容，它和使用并行及一樣方便，但是也應(yīng)該注意到和及之間的區(qū)別。在下降沿鎖存每個地址，這樣就允許在每一次訪問存儲器之后，改變地址總線，同時在下降沿鎖存每個地址，圖給出了與存儲器訪問的時序?qū)Ρ取?#160;   由圖可以看出：的每一次訪問都必須保證由高到低的躍變，這是與唯一的不同，每次訪問均須選通地址的原因有兩個，其一是要鎖存新地址，其二是當(dāng)為高電平時，建立鐵電存儲器必須預(yù)充電，因此，在應(yīng)用設(shè)計(jì)時必須改變的選通方式，以保證在時序上滿足訪問存儲器的需要，同時

10、還應(yīng)注意存儲器尋址空間和時序的兼容。這里以單片機(jī)為例給出解決此問題的方法，由于單片機(jī)的引腳為地址鎖存允許信號，因此，訪問單片機(jī)外部存儲器時，該腳將輸出一個負(fù)跳沿的脈沖以用于鎖存位地址的低位。由于每訪問一次外部數(shù)據(jù)存儲器，該脈沖都將出現(xiàn)一次，故可利用信號每訪問一次改變一個周期的特點(diǎn)。和的片選信號相或即可得到要求的訪問時序。單片機(jī)與的硬件連接如圖所示。除了時序配合之外，在應(yīng)用時還應(yīng)注意電源、分塊以及使用壽命等問題。 電源監(jiān)控當(dāng)使用加后備電池的方式存儲數(shù)據(jù)時，為了能夠在掉電時切換為電池供電而必須監(jiān)控電源電壓，同時為了減少電池?fù)p耗，在掉電之后，用戶不允許訪問，這樣，用戶可能會在突然沒警告或提示的情況下

11、掉電而無法訪問存儲器。而存儲器則無須上述電源監(jiān)控系統(tǒng)，存儲器在任何電源電壓下都不會被終止訪問，當(dāng)然在對數(shù)據(jù)的安全性要求很高的應(yīng)用場合，當(dāng)電源降至一定值時，可阻止處理器訪問存儲器以提高數(shù)據(jù)存儲的安全性。 分塊使用由前面的存儲原理可知，在內(nèi)部被分為個塊，其中每塊為字節(jié)，應(yīng)用時除了應(yīng)注意按數(shù)據(jù)訪問的頻繁程度分為固定數(shù)據(jù)區(qū)和臨時數(shù)據(jù)區(qū)外，還應(yīng)注意數(shù)據(jù)的存放也必須分塊使用，即對前后有聯(lián)系的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)部的一個行中或一個塊中，因?yàn)槭且宰x寫一行（個字節(jié)）來計(jì)算一次擦寫的，因此，如果關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)被存放在不同的行或塊中，則讀寫數(shù)據(jù)操作時就要頻繁地切換不同的行或塊，這樣就會降低其正常的存儲壽命。    使用壽命盡管鐵電存儲器的壽命是有限的，且讀或?qū)懖僮鞫紩绊懙狡渥x寫壽命，但是存儲器具有億次的讀寫壽命，即使是每秒鐘進(jìn)行次的讀寫，當(dāng)讀寫壽命到時也須要年的時間，因此一般對數(shù)據(jù)讀寫操作頻率不是特別高的應(yīng)用場合，可不用特別考慮其讀寫壽命。      結(jié)束語鐵電存儲器既具有的快速寫入特性，又具有的非易失性，因此，比現(xiàn)階