FRAM（铁电存储器）

2019-04-13 12:29发布

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什么是铁电存储器？ 相对于其它类型的半导体技术而言，铁电存储器具有一些独一无二的特性。传统的主流半导体存储器可以分为两类--易失性和非易失性。易失性的存储器包括静态存储器SRAM（static random access memory)和动态存储器DRAM （dynamic random access memory)。 SRAM和DRAM在掉电的时候均会失去保存的数据。 RAM 类型的存储器易于使用、性能好，可是它们同样会在掉电的情况下会失去所保存的数据。
非易失性存储器在掉电的情况下并不会丢失所存储的数据。然而所有的主流的非易失性存储器均源自于只读存储器（ROM）技术。正如你所猜想的一样，被称为只读存储器的东西肯定不容易进行写入操作，而事实上是根本不能写入。所有由ROM技术研发出的存储器则都具有写入信息困难的特点。这些技术包括有EPROM (几乎已经废止）、EEPROM和Flash。这些存储器不仅写入速度慢，而且只能有限次的擦写，写入时功耗大。 铁电存储器能兼容RAM的一切功能，并且和ROM技术一样，是一种非易失性的存储器。铁电存储器在这两类存储类型间搭起了一座跨越沟壑的桥梁--一种非易失性的RAM。

美国Ramtron公司铁电存储器（FRAM）的核心技术是铁电晶体材料。这一特殊材料使铁电存储器同时拥有随机存取记忆体（RAM）和非易失性存储器的特性。铁电晶体的工作原理是：当在铁电晶体材料上加入电场，晶体中的中心原子会沿着电场方向运动，达到稳定状态。晶体中的每个自由浮动的中心原子只有2个稳定状态，一个记为逻辑中的0，另一个记为1。中心原子能在常温、没有电场的情况下，停留在此状态达100年以上。铁电存储器不需要定时刷新，能在断电情况下保存数据。由于整个物理过程中没有任何原子碰撞，铁电存储器有高速读写、超低功耗和无限次写入等特性。
　　铁电存储器和E2PROM比较起来，主要有以下优点：
　　（1）FRAM可以以总线速度写入数据，而且在写入后不需要任何延时等待，而E2PROM在写入后一般要5～10 ms的等待数据写入时间；
　　（2）FRAM有近乎无限次写入寿命。一般E2PROM的寿命在十万到一百万次写入时，而新一代的铁电存储器已经达到一亿个亿次的写入寿命。
　　（3）E2PROM的慢速和大电流写入使其需要高出FRAM 2 500 由于FRAM有以上优点，其特别适合于那些对数据采集、写入时间要求很高的场合，而不会出现数据丢失，其可靠的存储能力也让我们可以放心的把一些重要资料存储于其中，其近乎无限次写入的使用寿命，使得他很适合担当重要系统里的暂存记忆体，用来在子系统之间传输各种数据，供各个子系统频繁读写。

FRAM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（10 10），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E2PROM FRAM可以作为E2PROM的第二种选择。它除了E2PROM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。     （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信息。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DRAM DRAM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。

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