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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、引腳功能和工作原理，同時重點介紹了鐵電存儲器的應(yīng)用特點及與其它類型存儲器之間的應(yīng)用差別，給出了FM1808的設(shè)計應(yīng)用要點。１ 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，通常采用內(nèi)部具有鋰電池的不揮發(fā)ＮＶ－ＳＲＡＭ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ＦＲＡＭ，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ＲＡＭＴＲＯＮ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)品同時擁有隨機存儲器（ＲＡＭ）和非易失性存儲器（ＲＯＭ）產(chǎn)品的特性。 ＦＭ１８０８是基于鐵電存儲器原理制造的并行接口２５６ｋｂｉｔ鐵電存儲器，該存儲器相比其它類型的存儲器有三大特點：
●幾乎可以像ＲＡＭ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ＦＲＡＭ克服了以往ＥＥＰＲＯＭ和ＦＬＡＳＨ寫入時間長、擦寫次數(shù)少的缺點，其價格又比相同容量的不揮發(fā)鋰電ＮＶ－ＳＲＡＭ低很多，因而可廣泛應(yīng)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ＮＶ－ＳＲＡＭ的理想替代產(chǎn)品。
２ 性能特點及引腳定義
ＦＭ１８０８的主要特性如下：
●采用先進的鐵電技術(shù)制造；
●存儲容量為２５６ｋ ｂｉｔ（即３２ｋ ｂｙｔｅ）；
●讀寫壽命為１００億次；
●掉電數(shù)據(jù)可保存１０年；
●寫數(shù)據(jù)無延時；
●存取時間為７０ｎｓ；
●低功耗，工作電流為２５ｍＡ，待機電流僅為２０μＡ；
●采用單５Ｖ工作電壓；
●工作溫度范圍為－４０℃～＋８５℃；
●具有特別優(yōu)良的防潮濕、防電擊及抗震性能；
●與ＳＲＡＭ或并行Ｅ２ＰＲＯＭ管腳兼容。
ＦＭ１８０８采用２８腳ＰＤＩＰ和ＳＯＩＣ封裝形式。圖１ 給出了其ＳＯＩＣ封裝的引腳排列，各引腳功能說明見表１所列。
引腳號性 質(zhì)引腳名稱描 述
A0～A14輸入地址線地址數(shù)據(jù)在CE的下降沿被鎖定DQ0～DQ7I/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A0～A14所決定的地址中VDD電源電壓輸入5V供電電壓VSS電源地３ ＦＭ１８０８工作原理
ＦＭ１８０８具有１００億次的讀寫壽命，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ＦＭ１８０８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)特點合理使用存儲單元以延長其讀寫壽命。
３．１ 存儲器的結(jié)構(gòu)與讀寫壽命
ＦＲＡＭ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ＦＲＡＭ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)達到１００億次之后才會出現(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)存儲器的實際擦寫次數(shù)大于１００億次，從而延長鐵電存儲器的實際使用壽命。
鐵電存儲器的特殊性在于每一次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，ＦＭ１８０８通常使用獨特存儲器組織。
ＦＭ１８０８的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示。圖中，ＦＭ１８０８的３２ｋｂｙｔｅ存儲器陣列被劃分為３２塊，每塊是１ｋ×８，該１ｋ×８的每個塊包括２５６行和４列，地址線Ａ０～Ａ７對行選擇譯碼，Ａ８～Ａ９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)均勻進行周期讀寫，例如２５６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１ｋ×８被讀或?qū)憙H需４個周期，圖３給出了ＦＭ１８０８中一個１ｋ×８存儲器塊的結(jié)構(gòu)圖（存儲器塊４）。
ＦＭ１８０８使用Ａ１０～Ａ１４高位地址線來選擇３２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。
３．２ 讀操作
ＦＭ１８０８的功能真值表如表２所示。
表2 FM1808功能真值表
功 能
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