FRAM嵌入式应用范围广泛(转载)

ARM 8浏览

非易失性铁电随机存取存储器(FRAM)是一种高性能、低功耗的非易失性内存,结合了传统非易失性存储器(闪存和E2PROM)和高速RAM(SRAM和DRAM)的好处。因此,可以说FRAM代表了新一代通用存储器。富士通FRAM已量产了FRAM十年以上,在应用方面也是颇有心得。富士通还利用FRAM开发了RFID LSI,可实现更快的数据读/写。我觉得,这些产品将为物联网应用带来新的机会。

FRAM独立内存产品

FRAM独立内存产品采用的是FRAM技术,利用放在两个电极之间的薄膜形式的极化铁电材料(锆钛酸铅或PZT)来存储信息。FRAM的单元结构类似于一个DRAM单元的晶体管和电容器,而不需要闪存或E2PROM操作需要的同样的高编程电压。因此,FRAM可提供非易失性数据存储,但明显比其他传统的非易失性存储器更节能。FRAM还提供了2-3位数纳秒范围的读写存取时间,使得它的性能可与标准RAM媲美。因此,FRAM结合了非易失性存储器和高性能RAM的优势。
闪存和E2PROM的读/写周期的最大次数是在5000和10万次之间。超过100亿次的读/写周期相当于每隔1秒读/写一次存储单元,寿命可达300年之久。FRAM存储器的寿命基本上是无限的。
俗话说,尺有所短,寸有所长。SRAM/DRAM具有快速无限的读/写次数,但是没有非易失性,其非易失性需要电源;闪存/E2PROM具有非易失性,访问ROM却很慢;FRAM却结合了闪存/E2PROM和SRAM/DRAM的好处。富士通FRAM既有快速无限的读/写次数,又有非易失性。细数起来,FRAM的优势包括五个方面:非易失性、安全性、可靠性、高速和低功耗。具体讲,FRAM可以覆盖(无需擦除),写周期与读周期相等,具有防篡改功能。FRAM写入的数据不能通过物理分析被盗用,没有备用电池要求,是一种环保的存储器。
相比其他类型的存储器,FRAM技术具有很大优势。FRAM中的铁电材料具有很强的抗磁场和辐射能力,使之非常适合医疗或航空航天应用,以及需要辐射灭菌的食品工业应用。FRAM独立内存产品的应用范围很广,包括工厂自动化、参数存储、计量、备份存储、数据记录、实时数据写入等。
富士通的独立FRAM器件非常丰富,16kb的产品有MB85RC16;64kb有MB85RC64和MB85RS64A;128kb的有MB85RC128和MB85RS128A;256k的有MB85RS256A和MB85R256G;1Mb的有MB85R1OO1/2A;4Mb的有MB85R4001/2A;还有1Mb的MB85RS1000和8Mb的MB85R8001/2正在开发。这些产品有串行I2C接口、串行SPI或并行接口选择。富士通FRAM产品不久将运行在1.8V,规定的读/写周期高达1015次,进一步降低了功耗和延长了几倍续航能力。

FRAM的嵌入式应用

现在,RFID标签已经开始取代传统的条形码标签,已广泛用于多种用途,具有大容量内存的优势。MB89R118是富士通推出的一个大容量、高速RFID LSI,符合ISO/IEC15693国际标准,可以实现最大的效率。它嵌入的FRAM可以比传统设备快两倍的速度写入数据,具有大容量的2K字节内存空间。

图1:MB89R118的外观

MB89R118是富士通推出的高性能版本,可添加自定义快速指令,实现更快的数据读/写。通过降低功耗,通信距离也得到了改善。此外,它还具有防冲突功能。所以MB89R118最适合各种数据本身的分布式数据处理应用,如供应链管理、物流、零售系统、回收系统、质量控制等。

图2:MB89R118的应用非常广泛

从产品特点来看,MB89R118有2K字节的大容量内存,超过任何其他RFID LSI。其他RFID LSI一般有64到256个字符的读/写数据,而MB89R118具有2,000个字符的读/写数据能力。因此,它可以在流通过程中添加所需的数据,实现严格的质量控制。
该产品嵌入了FRAM非易失性存储器。因此,其数据保存时间长达10年,它还有远胜于其它非易失性存储器的极高的编程次数(高达1010)。
MB89R118支持广泛的温度范围,工作温度为-20℃至85℃,存储温度为-40℃至85℃,可以用于恶劣环境条件下的质量控制和产品控制。
该产品支持高速内存访问/高速数据处理,其内部存储器FRAM的编程周期为75.52μs/block(8字节)。MB89R118嵌入的FRAM存储器打破了以前传统非易失性存储器的写入瓶颈,写入时间大幅缩短了。
针对更快速度读取大容量数据的需求,可以利用读多块/写多块指令,一次读/写2块数据(16字节)。自定义指令(读多块无限指令)可连续读取最多256块(2048字节)。快速指令是该产品的新功能,可将从MB89R118到读/写器的响应时间缩短一半,实现高速处理。
FRAM的特性有利于数据保护,访问(写入)FRAM以字节为单位。在确保每一次写入有足够在电源电压后,执行每个字节的写入。如果RF电源在访问期间掉电,MB89R118可检测下降的电源电压。在检测后,MB89R118继续用存储在平流电容器中的电荷进行写操作。所以,如果在电源关闭期间进行写操作,用户也不会丢失数据。
我们可以认真研究FRAM及嵌入FRAM的RFID LSI的特性和功能,让它在各种应用中发挥最大的优势。