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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(jìn)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。疲停保福埃腹ぷ髟
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(dá)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(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(jìn)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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