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并行接口鐵電存儲(chǔ)器FM1808及其應(yīng)用

時(shí)間:2023-02-21 00:05:01 電子通信論文 我要投稿
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并行接口鐵電存儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)重點(diǎn)介紹了鐵電存儲(chǔ)器的應(yīng)用特點(diǎn)及與其它類型存儲(chǔ)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(chǔ)器;FM1808

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(chǔ)器件,但該類器件昂貴的價(jià)格又制約了其在價(jià)格敏感領(lǐng)域的應(yīng)用,而如果使用與其兼容的鐵電存儲(chǔ)器FRAM,則可很好地解決成本問題,同時(shí)又可得到更高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠性。鐵電存儲(chǔ)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(chǔ)器產(chǎn)品同時(shí)擁有隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)和非易失性存儲(chǔ)器(ROM)產(chǎn)品的特性。 FM1808是基于鐵電存儲(chǔ)器原理制造的并行接口256kbit鐵電存儲(chǔ)器,該存儲(chǔ)器相比其它類型的存儲(chǔ)器有三大特點(diǎn):

●幾乎可以像RAM那樣無限次寫入;(范文先生網(wǎng)www.htc668.com收集整理)

●可隨總線速度寫入而無須任何寫等待時(shí)間;

●超低功耗。

這種鐵電存儲(chǔ)器FRAM克服了以往EEPROM和FLASH寫入時(shí)間長(zhǎng)、擦寫次數(shù)少的缺點(diǎn),其價(jià)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(shí)也是價(jià)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(diǎn)及引腳定義

FM1808的主要特性如下:

●采用先進(jìn)的鐵電技術(shù)制造;

●存儲(chǔ)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(shí);

●存取時(shí)間為70ns;

●低功耗,工作電流為25mA,待機(jī)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(hào) 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~DQ7 I/O 數(shù)據(jù)線   CE 輸入 片選 當(dāng)CE為低電平時(shí),芯片被選中 OE 輸入 輸出使能 當(dāng)OE為低電時(shí),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(shí),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(chǔ)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(duì)FM1808的工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所了解,則在使用時(shí)就可根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理使用存儲(chǔ)單元以延長(zhǎng)其讀寫壽命。

3.1 存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)與讀寫壽命

FRAM可提供比其它非易失性存儲(chǔ)器高得多的寫持久性,然而在一定程度上,存儲(chǔ)器訪問次數(shù)的增加會(huì)造成FRAM操作出錯(cuò)概率的增加,即寫入存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)會(huì)丟失,而存儲(chǔ)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(chǔ)器讀寫次數(shù)達(dá)到100億次之后才會(huì)出現(xiàn),因此,為了延長(zhǎng)存儲(chǔ)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(duì)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(gè)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(zhǎng)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(chǔ)的安全性,又可保證非安全區(qū)存儲(chǔ)器的實(shí)際擦寫次數(shù)大于100億次,從而延長(zhǎng)鐵電存儲(chǔ)器的實(shí)際使用壽命。

鐵電存儲(chǔ)器的特殊性在于每一次的讀操作都會(huì)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(gè)回寫過程,這樣,每執(zhí)行一次讀操作,同樣會(huì)減少一次讀寫壽命,為了最大限度地增加存儲(chǔ)器的使用壽命,同時(shí)又不妨礙用戶使用的靈活性,FM1808通常使用獨(dú)特存儲(chǔ)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(chǔ)器陣列被劃分為32塊,每塊是1k×8,該1k×8的每個(gè)塊包括256行和4列,地址線A0~A7對(duì)行選擇譯碼,A8~A9對(duì)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(gè)塊內(nèi)均勻進(jìn)行周期讀寫,例如256個(gè)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(gè)完整的1k×8被讀或?qū)憙H需4個(gè)周期,圖3給出了FM1808中一個(gè)1k×8存儲(chǔ)器塊的結(jié)構(gòu)圖(存儲(chǔ)器塊4)。

FM1808使用A10~A14高位地址線來選擇32個(gè)不同的存儲(chǔ)器塊,由于存儲(chǔ)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

CE OE WE 方  式

功    能

1 X X 非選 芯片未選中 1 1 1 寫 DQ~07的內(nèi)容寫入40A~14地址單元 0 1 0 讀 將A0~A14地址單元內(nèi)容輸出到DQ~07 ↓ X X 鎖存 CE的下降沿鎖定地址數(shù)據(jù)

讀操作一般在CE下降沿開始,這時(shí)地址位被鎖存,存儲(chǔ)器讀周期開始,一旦開始,應(yīng)使CE保持不變,一個(gè)完整的存儲(chǔ)器周期可在內(nèi)部完成,在訪問時(shí)間結(jié)束后,總線上的數(shù)據(jù)變?yōu)橛行А?/p>

當(dāng)?shù)刂繁绘i存后,地址值可在滿足保持時(shí)間參數(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)生改變,這一點(diǎn)不象SRAM,地址被鎖存后改變地址值不會(huì)影響存儲(chǔ)器的操作。

3.3 寫操作

FM1808寫與讀通常發(fā)生在同一時(shí)間間隔,FM1808的寫操作由CE和WE控制,地址均在CE的下降沿鎖存。CE控制寫操作時(shí),WE在開始寫周期之前置0,即當(dāng)CE有效時(shí),WE應(yīng)先為低電平。FRAM沒有寫延時(shí),讀與寫訪問時(shí)間是一致的,整個(gè)存儲(chǔ)器操作一般在一個(gè)總線周期出現(xiàn)。因此,任何操作都能在一個(gè)寫操作后立即進(jìn)行,而不象E2PROM需要通過判斷來確定寫操作是否完成。

3.4 充電操作

預(yù)充電操作是準(zhǔn)備一次新訪問存儲(chǔ)器的一個(gè)內(nèi)部條件,所有存儲(chǔ)器周期包括一個(gè)存儲(chǔ)器訪問和一個(gè)預(yù)充電,預(yù)充電在CE腳為高電平或無效時(shí)開始,它必須保持高電平至少為最小的預(yù)充電時(shí)間,由于預(yù)充電在CE上升沿開始,這使得用戶可決定操作的開始,同時(shí)該器件有一個(gè)CE為低電平必須滿足的最大時(shí)間規(guī)范。

4。疲停保福埃傅脑O(shè)計(jì)及應(yīng)用要點(diǎn)

FM1808的管腳排列和SRAM 62256兼容,它和使用并行SRAM及NV-SRAM一樣方便,但是也應(yīng)該注意到FM1808和SRAM及NV-SRAM之間的區(qū)別。FM1808在下降沿鎖存每個(gè)地址,這樣就允許在每一次訪問存儲(chǔ)器之后,改變地址總線,同時(shí)在CE下降沿鎖存每個(gè)地址,圖4給出了FM1808與SRAM存儲(chǔ)器訪問的時(shí)序?qū)Ρ取?br />
    由圖4可以看出:FM1808的每一次訪問都必須保證CE由高到低的躍變,這是FM1808與SRAM唯一的不同,CE每次訪問均須選通地址的原因有兩個(gè),其一是要鎖存新地址,其二是當(dāng)CE為高電平時(shí),建立鐵電存儲(chǔ)器必須預(yù)充電,因此,在應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)必須改變CE的選通方式,以保證在時(shí)序上滿足FM1808訪問存儲(chǔ)器的需要,同時(shí)還應(yīng)注意存儲(chǔ)器尋址空間和CE時(shí)序的兼容。這里以MCS-51單片機(jī)為例給出解決此問題的方法,由于MCS-51單片機(jī)的ALE引腳為地址鎖存允許信號(hào),因此,訪問單片機(jī)外部存儲(chǔ)器時(shí),該腳將輸出一個(gè)負(fù)跳沿的脈沖以用于鎖存16位地址的低8位。由于每訪問一次外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,該脈沖都將出現(xiàn)一次,故可利用ALE信號(hào)每訪問一次改變一個(gè)周期的特點(diǎn)。ALE和FM1808的片選信號(hào)P2.7相或即可得到FM1808要求的訪問時(shí)序。AT89C52單片機(jī)與FM1808的硬件連接如圖4所示。除了時(shí)序配合之外,FM1808在應(yīng)用時(shí)還應(yīng)注意電源、分塊以及使用壽命等問題。

4.1 電源監(jiān)控

當(dāng)使用SRAM加后備電池的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí),為了能夠在掉電時(shí)切換為電池供電而必須監(jiān)控電源電壓,同時(shí)為了減少電池?fù)p耗,在掉電之后,用戶不允許訪問SRAM,這樣,用戶可能會(huì)在突然沒警告或提示的情況下掉電而無法訪問存儲(chǔ)器。而FRAM存儲(chǔ)器則無須上述電源監(jiān)控系統(tǒng),FRAM存儲(chǔ)器在任何電源電壓下都不會(huì)被終止訪問,當(dāng)然在對(duì)數(shù)據(jù)的安全性要求很高的應(yīng)用場(chǎng)合,當(dāng)電源降至一定值時(shí),可阻止處理器訪問存儲(chǔ)器以提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。

4.2 分塊使用

由前面的存儲(chǔ)原理可知,FM1808在內(nèi)部被分為32個(gè)塊,其中每塊為1k字節(jié),應(yīng)用時(shí)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(shí)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(duì)前后有聯(lián)系的數(shù)據(jù)存放在FM1808內(nèi)部的一個(gè)行中或一個(gè)塊中,因?yàn)椋疲停保福埃甘且宰x寫一行(256個(gè)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(shí)就要頻繁地切換不同的行或塊,這樣就會(huì)降低其正常的存儲(chǔ)壽命。

圖5

    4.3 使用壽命

盡管鐵電存儲(chǔ)器的壽命是有限的,且讀或?qū)懖僮鞫紩?huì)影響到其讀寫壽命,但是FM1808存儲(chǔ)器具有100億次的讀寫壽命,即使是每秒鐘進(jìn)行30次的讀寫,當(dāng)讀寫壽命到時(shí)也須要10年的時(shí)間,因此一般對(duì)數(shù)據(jù)讀寫操作頻率不是特別高的應(yīng)用場(chǎng)合,可不用特別考慮其讀寫壽命。

5 結(jié)束語(yǔ)

FM1808鐵電存儲(chǔ)器既具有RAM的快速寫入特性,又具有ROM的非易失性,因此,比現(xiàn)階段廣泛用的E2PROM、ISP FLASH及鋰電池不揮發(fā)NV-SRAM更具優(yōu)勢(shì),也正是由于其具有這些特點(diǎn),該器件可廣泛應(yīng)用于對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性及可靠性要求極高的應(yīng)用場(chǎng)合,如門禁考勤系統(tǒng)、測(cè)量和醫(yī)療儀表、非接觸式智能卡、稅控收款機(jī)、預(yù)付費(fèi)電度表或復(fù)費(fèi)率電度表及水表、煤氣表等應(yīng)用場(chǎng)合。同時(shí)該器件以其相對(duì)低廉的價(jià)格及更高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠性成為NV-SRAM的理想替代產(chǎn)品,該類型存儲(chǔ)器在高可靠數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域會(huì)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。


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