鐵電存儲(chǔ)器FRAM

FRAM有三種不同的特性使其優(yōu)于浮柵技術(shù)器件：

1. 快速寫(xiě)入

2. 高耐久性

3. 低功耗

以下列舉了FRAM在一些行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中與其他存儲(chǔ)器相比較的主要優(yōu)勢(shì)：

頻繁掉電環(huán)境

任何非易失性存儲(chǔ)器可以保留配置?？墒牵渲酶幕螂娫词闆r隨時(shí)可能發(fā)生，因此，更高寫(xiě)入耐性的FRAM允許無(wú)任何限制的變更記錄。任何時(shí)間系統(tǒng)狀態(tài)改變，都將寫(xiě)入新的狀態(tài)。這樣可以在電源關(guān)閉可用的時(shí)間很短或立即失效時(shí)狀態(tài)被寫(xiě)入存儲(chǔ)器。

高噪聲環(huán)境

在嘈雜的環(huán)境下向EEPROM寫(xiě)數(shù)據(jù)是很困難的。在劇烈的噪音或功率波動(dòng)情況下，EEPROM的寫(xiě)入時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)漏洞（以毫秒衡量），在此期間寫(xiě)入可能被中斷。錯(cuò)誤的概率跟窗口的大小成正比。FRAM的寫(xiě)入執(zhí)行窗口少于200ns。

RFID系統(tǒng)

在非接觸式存儲(chǔ)器領(lǐng)域里，F(xiàn)RAM提供一個(gè)理想的解決方案。低功耗訪問(wèn)在RFID系統(tǒng)中至關(guān)重要，因?yàn)椋茉聪氖且跃嚯x成指數(shù)下降的。想要以最小的能耗讀寫(xiě)標(biāo)簽數(shù)據(jù)就必須保持標(biāo)簽有足夠近的距離。通過(guò)對(duì)射頻發(fā)射機(jī)和接收機(jī)改進(jìn)寫(xiě)入距離，降低運(yùn)動(dòng)的靈敏性（區(qū)域內(nèi)的時(shí)間）以及降低射頻（RF）功率需求，使需要寫(xiě)入的應(yīng)用（i.e.借記卡，在生產(chǎn)工序中使用的標(biāo)簽）獲得優(yōu)勢(shì)。

診斷和維護(hù)系統(tǒng)

在一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)里，記錄系統(tǒng)失效時(shí)的操作歷史和系統(tǒng)狀態(tài)是非常寶貴的。如果沒(méi)有這些數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確的解決或執(zhí)行需求指令是很困難的。由于FRAM具備高耐久性的特點(diǎn)，可以生成一個(gè)理想的系統(tǒng)日志。從計(jì)算機(jī)工作站到工業(yè)過(guò)程控制不同的系統(tǒng)，都能從FRAM中獲益。

數(shù)據(jù)采集與記錄

存儲(chǔ)器（FRAM）可以讓設(shè)計(jì)者更快、更頻繁地將數(shù)據(jù)寫(xiě)入非易失性存儲(chǔ)器，而且價(jià)格比EEPROM低。數(shù)據(jù)采集通常包括采集和存儲(chǔ)兩部分，系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)（(除臨時(shí)或中間結(jié)果數(shù)據(jù)外)需要在掉電后能夠保存，這些功能是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或子系統(tǒng)所具有的基本功能。在大多數(shù)情況下，一些歷史記錄是很重要的。

典型應(yīng)用：儀表 (電表、氣表、水表、流量表)、RF/ID、儀器,、和汽車(chē)黑匣子、安全氣袋、GPS定位系統(tǒng)、電力電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。

參數(shù)設(shè)置與存儲(chǔ)

FRAM通過(guò)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)者解決了突然斷電數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。參數(shù)存儲(chǔ)用于跟蹤系統(tǒng)在過(guò)去時(shí)間內(nèi)的改變，它的目的包括在上電狀態(tài)時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)狀態(tài)或者確認(rèn)一個(gè)系統(tǒng)錯(cuò)誤。總的來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)或子系統(tǒng)的功能，不論何種系統(tǒng)類(lèi)型，設(shè)置參數(shù)存儲(chǔ)都是一種底層的系統(tǒng)功能。

典型應(yīng)用： 影印機(jī),打印機(jī), 工業(yè)控制, 機(jī)頂盒 (Set-Top-Box), 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器）和大型家用電器。

非易失性緩沖

鐵電存貯器（FRAM）可以在數(shù)據(jù)傳遞儲(chǔ)存在其它存儲(chǔ)器之前快速存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在此情況下，信息從一個(gè)子系統(tǒng)非實(shí)時(shí)地傳送到另一個(gè)子系統(tǒng)去.。由于資料的重要性, 緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)在掉電時(shí)不能丟失.，在某些情況下，目標(biāo)系統(tǒng)是一個(gè)較大容量的存儲(chǔ)裝置。FRAM以其擦寫(xiě)速度快、擦寫(xiě)次數(shù)多使數(shù)據(jù)在傳送之前得到存儲(chǔ)。

典型應(yīng)用：工業(yè)系統(tǒng)、銀行自動(dòng)提款機(jī) (ATM), 稅控機(jī), 商業(yè)結(jié)算系統(tǒng) (POS), 傳真機(jī)，未來(lái)將應(yīng)用于硬盤(pán)非易失性高速緩沖存儲(chǔ)器。

非易失性記憶體掉電后數(shù)據(jù)不丟失?？墒撬械姆且资杂洃涹w均源自ROM技術(shù)。你能想象到,只讀記憶體的數(shù)據(jù)是不可能修改的。所有以它為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的非易失性記憶體都很難寫(xiě)入，而且寫(xiě)入速度慢，它們包括EPROM（現(xiàn)在基本已經(jīng)淘汰）,EEPROM和Flash，它們存在寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)需要的時(shí)間長(zhǎng)，擦寫(xiě)次數(shù)低,寫(xiě)數(shù)據(jù)功耗大等缺點(diǎn)。

FRAM提供一種與RAM一致的性能,但又有與ROM 一樣的非易失性。 FRAM 克服以上二種記憶體的缺陷并合并它們的優(yōu)點(diǎn)，它是全新創(chuàng)造的產(chǎn)品，一個(gè)非易失性隨機(jī)存取儲(chǔ)存器。

Ramtron的FRAM技術(shù)核心是鐵電。這就使得FRAM產(chǎn)品既可以進(jìn)行非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)又可以像RAM一樣操作。

F-RAM芯片包含一個(gè)鋯鈦酸鉛[Pb(Zr,Ti)O3]的薄鐵電薄膜，通常被稱為PZT（如圖1）。PZT 中的Zr/Ti原子在電場(chǎng)中改變極性，從而產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制開(kāi)關(guān)。與RAM器件不同，F(xiàn)-RAM在電源被關(guān)閉或中斷時(shí)，由于PZT晶體保持極性能保留其數(shù)據(jù)記憶。這種獨(dú)特的性質(zhì)讓F-RAM成為一個(gè)低功耗、非易失性存儲(chǔ)器。

當(dāng)一個(gè)電場(chǎng)被加到鐵電晶體時(shí)，中心原子順著電場(chǎng)的方向在晶體里移動(dòng)，當(dāng)原子移動(dòng)時(shí)，它通過(guò)一個(gè)能量壁壘，從而引起電荷擊穿。 內(nèi)部電路感應(yīng)到電荷擊穿并設(shè)置記憶體。移去電場(chǎng)后中心原子保持不動(dòng)，記憶體的狀態(tài)也得以保存。FRAM 記憶體不需要定時(shí)刷新，掉電后數(shù)據(jù)立即保存，它速度很快，且不容易寫(xiě)壞。

F-RAM、ROM都屬于非易失性存儲(chǔ)器，在掉電情況下數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。新一代ROM，像EEPROM（可擦可編程只讀存儲(chǔ)器）和Flash存儲(chǔ)器，可以被擦除，并多次重復(fù)編程，但它們需要高電壓寫(xiě)入且寫(xiě)入速度非常慢?；赗OM技術(shù)的存儲(chǔ)器讀寫(xiě)周期有限（僅為1E5次），使它們不適合高耐性工業(yè)應(yīng)用。

F-RAM比一般串口EEPROM器件有超過(guò)10,000倍的耐性，低于3,000倍的功耗和將近500倍的寫(xiě)入速度（圖 2）。 F-RAM結(jié)合了RAM和ROM的優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)的非易失存儲(chǔ)器相比，具有高速、低功耗、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)。

FRAM存儲(chǔ)器技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的CMOS制造工藝相兼容。鐵電薄膜被放于CMOS base layers之上，并置于兩電極之間，使用金屬互連并鈍化后完成鐵電制造過(guò)程。

Ramtron 的FRAM 記憶體技術(shù)從開(kāi)始到現(xiàn)在已經(jīng)相當(dāng)成熟。 最初FRAM 記憶體采用二晶體管/ 二電容器的( 2T/2C) 結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致元件體積相對(duì)較大。 最近發(fā)展的鐵電材料和制造工藝不再需要在鐵電存儲(chǔ)器每一單元內(nèi)配置標(biāo)準(zhǔn)電容器。 Ramtron 新的單晶體管/ 單電容器結(jié)構(gòu)記憶體可以像DRAM一樣進(jìn)行操作，它使用單電容器為存儲(chǔ)器陣列的每一列提供參考。與現(xiàn)有的2T/2C結(jié)構(gòu)相比，它有效地把內(nèi)存單元所需要面積減少一半。新的設(shè)計(jì)極大的改進(jìn)了die leverage并且降低了FRAM存儲(chǔ)器產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

Ramtron公司現(xiàn)采用0.35微米制造工藝，相對(duì)于現(xiàn)有的0.5微米的制造工藝而言，這極大地降低芯片功耗，提高了成本效率。

這些令人振奮的發(fā)展使FRAM在人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域找到了應(yīng)用的途徑。從辦公復(fù)印機(jī)、高檔服務(wù)器到汽車(chē)安全氣囊和娛樂(lè)設(shè)備， FRAM 使一系列產(chǎn)品的性能得到改進(jìn)并在全世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。

鐵電存貯器（FRAM） 快速擦寫(xiě)和非易失性等特點(diǎn)，令系統(tǒng)工程師可以把現(xiàn)有設(shè)計(jì)中的SRAM和EEPROM器件整合到一個(gè)鐵電存貯器（FRAM）里，或者簡(jiǎn)單地作為SRAM擴(kuò)展。

在多數(shù)情況下，系統(tǒng)使用多種存儲(chǔ)器類(lèi)型，F(xiàn)RAM提供了只使用一個(gè)器件就能提供ROM,RAM和EEPROM功能的能力，節(jié)省了功耗, 成本, 空間，同時(shí)增加了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。最常見(jiàn)的例子就是在一個(gè)有外部串行EEPROM嵌入式系統(tǒng)中，F(xiàn)RAM能夠代替EEPROM,同時(shí)也為處理器提供了額外的SRAM功能。

典型應(yīng)用：便攜式設(shè)備中的一體化存儲(chǔ)器，使用低端控制器的任何系統(tǒng)。

非易失性存儲(chǔ)器（英語(yǔ)：non-volatile memory，縮寫(xiě)為NVM）是指當(dāng)電流關(guān)掉后，所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)消失者的電腦存儲(chǔ)器。非易失性存儲(chǔ)器中，依存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)是否能在使用電腦時(shí)隨時(shí)改寫(xiě)為標(biāo)準(zhǔn)，可分為二大類(lèi)產(chǎn)品，即ROM和Flash memory。

類(lèi)型

非易失性存儲(chǔ)器主要有以下類(lèi)型：

• ROM（Read-only memory，只讀內(nèi)存）

• PROM（Programmable read-only memory，可編程只讀內(nèi)存）

• EAROM（Electrically alterable read only memory，電可改寫(xiě)只讀內(nèi)存）

• EPROM（Erasable programmable read only memory，可擦可編程只讀內(nèi)存）

• EEPROM（Electrically erasable programmable read only memory，電可擦可編程只讀內(nèi)存）

• Flash memory（閃存）