铁电存储器原理以及应用比较.

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1、铁电存储器原理以及应用比较..freeltron国际公司成功开发出第一个4Kb的铁电存储器FRAM产品，目前所有的FRAM产品均由Ramtron公司制造或授权。最近几年，FRAM又有新的发展，采用了0.35μm工艺，推出了3V产品，开发出“单管单容”存储单元的FRAM，最大密度可在256Kb。2FRAM原理FRAM利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储.freeltron设计开发了更先进的“单管单容”（1T1C）存储单元。1T1C的FRAM所有数据位使用同一个参考位，而不是对于每一数据位使用各自独立的参考位。1T1C的FRAM产品成本更低，而且容量更大。简化的1T1C存储单元结

2、构（未画出公共参考位）如图2（b）所示。2.2FRAM的读/写操作FRAM保存数据不是通过电容上的电荷，而是由存储单元电容中铁电晶体的中心原子位置进行记录。直接对中心原子的位置进行检测是不能实现的。实际的读操作过程是：在存储单元电容上施加一已知电场（即对电容充电），如果原来晶体中心原子的位置与所施加的电场方向使中心原子要达到的位置相同，中心原子不会移动；若相反，则中心原子将越过晶体中间层的高能阶到达另一位置，在充电波形上就会出现一个尖峰，即产生原子移动的比没有产生移动的多了一个类峰。把这个充电波形同参考位（确定且已知）的充电波形进行比较，便可以判断检测的存储单元中的内容是“

3、1”或“0”。无论是2T2C还是1T1C的FRAM，对存储单元进行读操作时，数据位状态可能改变而参考位则不会改变（这是因为读操作施加的电场方向与原参考位中原子的位置相同）。由于读操作可能导致存储单元状态的改变，需要电路自动恢复其内容，所以每个读操作后面还伴随一个“预充”（precharge）过程来对数据位恢复，而参考位则不用恢复。晶体原子状态的切换时间小于1ns，读操作的时间小于70ns，加上“预充”时间60ns，一个完整的读操作时间约为130ns。图2写操作和读操作十分类似，只要施加所要的方向的电场改变铁电晶体的状态就可以了，而无需进行恢复。但是写操作仍要保留一个“预充”

4、时间，所以总的时间与读操作相同。FRAM的写操作与其它非易失性存储器的写操作相比，速度要快得多，而且功耗小。2.3FRAM的读写时序在FRAM读操作后必须有个“预充电”过程，来恢复数据位。增加预充电时间后，FRAM一个完整的读操作周期为130ns，如图3（a）所示。这是与SRAM和E2PROM不同的地方。图3（b）为写时序。3FRAM与其它存储技术比较目前Ramtron公司的FRAM主要包括两大类：串行FRAM和并行FRAM。其中串行FRAM又分I2C两线方式的FM24××系列和SPI三线方式的FM25xx系列。串行FRAM与传统的24xx、25xx型的E2PROM引脚及时

5、序兼容，可以直接替换，如Microchip、Xicor公司的同型号产品；并行FRAM价格较高但速度快，由于存在“预充”问题，在时序上有所不同，不能和传统的SRAM直接替换。FRAM产品具有RAM和ROM优点，读写速度快并可以像非易失性存储器一样使用。因铁电晶体的固有缺点，访问次数是有限的，超出限度，FRAM就不再具有非易失性。Ramtron给出的最大访问次数是100亿次（1010），但是并不是说在超过这个次数之后，FRAM就会报废，而是它仅仅没有了非易失性，但它仍可像普通RAM一样使用。（1）FRAM与E2PROMFRAM可以作为E2PROM的第二种选择。它除了E2PROM

6、的性能外，访问速度要快得多。但是决定使用FRAM之前，必须确定系统中一旦超出对FRAM的100亿次访问之后绝对不会有危险。图3（2）FRAM与SRAM从速度、价格及使用方便来看，SRAM优于FRAM；但是从整个设计来看，FRAM还有一定的优势。假设设计中需要大约3KB的SRAM，还要几百个字节用来保存启动代码的E2PROM配置。非易失性的FRAM可以保存启动程序和配置。如果应用中所有存储器的最大访问速度是70ns，那么可以使用1片FRAM完成这个系统，使系统结构更加简单。（3）FRAM与DRAMDRAM适用于那些密度和价格比速度更重要的场合。例如DRAM是图形显示存储器的最

7、佳选择，有大量的像素需要存储，而恢复时间并不是很重要。如果不需要下次开机时保存上次内容，使用易失性的DRAM存储器就可以。DRAM的作用与成本是FRAM无法比拟的。事实证明，DRAM不是FRAM所能取代的。（4）FRAM与Flash现在最常用的程序存储器是Flash，它使用十分方便而且越来越便宜，程序存储器必须是非易失性的，并且要相对低廉，还要比较容易改写。而使用FRAM会受访问次数的限制。4FRAM与单片机接口下面介绍并行FRAM——FM1808与8051/52—的实际应用。4.1预充电信号的产生在大多数的805