鐵電存貯器（FRAM）是Ramtron公司的專利技術(shù)產(chǎn)品。因其兼具RAM和ROM性能而被認(rèn)為未來可能是取代各類存貯器的超級存貯器。
Ramtron公司成立于1984年,總部設(shè)在美國科羅拉多州的Colorado Springs市,公司于1992年在美國納斯達(dá)克上市。Ramtron是業(yè)界領(lǐng)先的鐵電存貯器技術(shù)和產(chǎn)品供應(yīng)商,世界大部分半導(dǎo)體存貯器制造商都向其申請授權(quán)專利來做鐵電存貯器的研究。
目前,Ramtron正在繼續(xù)努力降低鐵電存貯器成本,預(yù)計在2003年上半年,將會推出兆級 (Mbit) 密度的鐵電存貯器。
FRAM 鐵電存貯器技術(shù)原理
Ramtron公司鐵電存貯器的核心技術(shù)是鐵電晶體材料。這一特殊材料使得鐵電存貯產(chǎn)品同時擁有隨機(jī)存取記憶體(RAM) 和非易失性存貯產(chǎn)品的特性。
鐵電晶體材料的工作原理是: 當(dāng)我們把電場加載到鐵電晶體材料上,晶陣中的中心原子會沿著電場方向運動,到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。晶陣中的每個自由浮動的中心原子只有兩個穩(wěn)定狀態(tài),一個記憶邏輯中的０,另一個記憶１。中心原子能在常溫,沒有電場的情況下停留在此狀態(tài)達(dá)一百年以上。因此,鐵電記憶體不需要定時刷新,能在斷電情況下保存數(shù)據(jù)。
由于在整個物理過程中沒有任何原子碰撞,鐵電記憶體擁有高速讀寫、超低功耗和無限次寫入等超級特性。
存貯器的基礎(chǔ)知識
傳統(tǒng)半導(dǎo)體記憶體有兩大體系：易失性記憶體(volatile memory) 和非易失性記憶體 (non-volatile memory)。
易失性記憶體像SRAM和DRAM 在沒有電源的情況下都不能保存數(shù)據(jù),但這種存貯器具有高性能和易用等優(yōu)點。
非易失性記憶體像EPROM、EEPROM和 FLASH 能在斷電后仍保存資料。但由于所有這些記憶體均起源自只讀存貯器 (ROM) 技術(shù), 所以,您不難想像得到它們都有不易寫入的缺點,如寫入緩慢、有限寫入次數(shù)、寫入時需要特大功耗等。
我們可以做一個簡單的比較：圖2是16kbit FRAM的性能和16kbit EEPROM的比較。FRAM第一個最明顯的優(yōu)點是可以跟隨總線速度 (bus speed) 寫入,與EEPROM的最大不同是FRAM在寫入后無須任何等待時間,而EEPROM則要等幾毫秒才能寫進(jìn)下一筆資料。
FRAM的第二大優(yōu)點是近乎無限次寫入。當(dāng)EEPROM只能應(yīng)付十萬(105) 至一百萬次寫入時, 新一代的FRAM 已達(dá)到一億個億次(1016)的寫入壽命。
FRAM 的第三大優(yōu)點是超低功耗, EEPROM的慢速和高電流寫入令它需要高出FRAM 2500倍的能量去寫入每個字節(jié) (見圖3)。
由于鐵電存貯器涵蓋RAM技術(shù)的優(yōu)點,又同時擁有ROM技術(shù)的非易失性特點。因此,鐵電存貯器為業(yè)界提供了一個嶄新的存貯器產(chǎn)品: 一個非易失性的RAM。
| 供應(yīng)商 | 型號 | 待機(jī)電流 | 寫入電流(100Khz) | 寫入次數(shù) | 字節(jié)寫入時間 | 整個晶片寫滿時間 |
| Ramtron | FM24C16 | 10μA | 150μA | le13 | 72μs | 47ms |
| Atmel | AT24C16 | 18μA | 3mA | le6 | 10ms | 1.3s |
| ST | ST24C16 | 300μA | 2mA | le6 | 10ms | 1.3s |
| Microchip | 24AA16 | 100μA | 3mA | le6 | 10ms | 1.3s |
| Xicor | X24C16 | 150μA | 3mA | le6 | 10ms | 1.3s |
FRAM鐵電存貯器的應(yīng)用
我們向來用EEPROM 來存儲設(shè)置資料和啟動程式,用SRAM 來暫存系統(tǒng)或運算變數(shù)。如果掉電后這些數(shù)據(jù)仍需保留的話,我們會通過加上后備電池的方法去實現(xiàn)。很久以來我們沒有檢驗這種記憶體架構(gòu)的合理性,鐵電存貯器的出現(xiàn)為大家提供了一個簡潔而高性能的一體化存貯技術(shù)。
１． 數(shù)據(jù)采集和記錄
鐵電存貯器的出現(xiàn)使工程師可以運用非易失性的特點進(jìn)行多次高速寫入。在這以前, 在只有EEPROM的情況下, 大量數(shù)據(jù)采集和記錄對工程師來說是一件非常頭疼的事。
數(shù)據(jù)采集包括記錄和存貯數(shù)據(jù),更重要的是能在失去電源的情況下,不丟失任何資料。在數(shù)據(jù)采集的過程中, 數(shù)據(jù)需要不斷高速寫入,對舊資料進(jìn)行更新,EEPROM的寫入壽命和速度往往不能滿足要求。
典型應(yīng)用：儀表(電力表、水表、煤氣表、暖氣表、記程車表)、測量、醫(yī)療儀表、非接觸式聰明卡(RFID)、門禁系統(tǒng)、汽車記錄儀(汽車事故黑匣子)......
２． 存儲配置參數(shù) (Configuration/Setting Data)
以往在只有EEPROM的情況下, 由于寫入次數(shù)限制,工程師們只能在偵測到掉電的時候,才把更新了的配置參數(shù)及時地存進(jìn)EEPROM里, 這種做法很明顯地存在著可靠性的問題。鐵電存貯器的推出使工程師可以有更大的發(fā)揮空間去選擇實時記錄最新的配置參數(shù), 免去是否能在掉電時及時寫入的憂慮。
典型應(yīng)用：電話里的電子電話簿、 影印機(jī)、打印機(jī)、工業(yè)控制、機(jī)頂盒 (STB) 、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、TFT 屏顯、 游戲機(jī)、自動販賣機(jī)......
