完美的铁电存储器
FeRAM铁电存储器魏双
特点
射频识别系统 在非接触式存储器领域里，FeRAM提供一个理想的解决方案。低功耗访 问在射频识别系统中至关重要，因为能源消耗是以距离成指数下降的。 想要以最小的能耗读写标签数据就必须保持标签有足够近的距离。通 过对射频发射机和接收机改进写入距离，降低运动的灵敏性以及降低 射频功率需求，使需要写入的应用获得优势。 诊断和维护系统 在一个复杂的系统里，记录系统失效时的操作历史和系统状态是非常 宝贵的。如果没有这些数据，能够准确的解决或执行需求指令是很困 难的。由于FeRAM具备高耐久性的特点，可以生成一个理想的系统日志。 从计算机工作站到工业过程控制等的系统，都能从FeRAM中获益
制造工艺
铁电存储器技术和标准的CMOS制造工艺相兼容。铁电薄膜被放置 于CMOS基层之上，并置于两电极之间，使用金属互连并钝化的方 法完成铁电存储器的制造。
特点
FeRAM具有快速写入、高耐久性、低功耗的特性，以下列举了FeRAM在一 些领域中与其他存储器相比的主要优势： 频繁掉电环境 任何非易失性存储器可以保留配置。可是，配置更改或电源失效情况随 时可能发生，因此，更高写入耐性的FeRAM允许无限的变更记录。任何时 间系统状态改变，都将写入新的状态。这样可以在电源关闭可用的时间 很短或立即失效时状态被写入存储器。 高噪声环境 在嘈杂的环境下向EEPROM写数据是很困难的。在剧烈的噪音或功率波动 情况下，EEPROM的写入时间过长会出现漏洞（以毫秒衡量），在此期间 写入可能被中断。错误的概率跟窗口的大小成正比。FeRAM的写入执行窗 口少于200ns。
结构原理
铁电存储器工作原理
FeRAM利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储 ，铁电晶体的结构如图所示。铁电效应是指在 铁电晶体上施加一定的电场时，晶体中心原子 在电场的作用下运动，并达到一种稳定状态； 当电场从晶体移走后，中心原子会保持在原来 的位置。这是由于晶体的中间层是一个高能阶 ，中心原子在没有获得外部能量时不能越过高 能阶到达另一稳定位置，因此FeRAM保持数据 不需要电压，也不需要像DRAM一样周期性刷新 。由于铁电效应是铁电晶体所固有的一种偏振 极化特性，与电磁作用无关，所以FeRAM存储 器的内容不会受到外界条件（诸如磁场因素） 的影响，能够同普通ROM存储器一样使用，具 有非易失性的存储特性。
用铁电存储器(FRAM)存储数据
一个完美的电表数据存储系统华胄科技陈其龙电表作为一个计量用电量的仪器电表的精度不但与检测芯片的精度有关更重要与其存储方式有很大的关系如果检测到的电量数据不能写入存储器或者写入存储器过程出错电表的精度就大大降低以前电表数据的存储方式有2种选择1用存储EEPROM数据2用NVRAM存储数据现在有了第三种选择用铁电存储器FRAM存储数据在以前在设计电表电量的存储方案过程中工程师在怎样把数据准确无误的写入存储绞尽脑汁主要的原因是以前的EEPROM速度慢,有10MS写的周期擦写次数少为了解决存储器的问题工程师必须在控制电路增加很多电路见图一由于EEPROM的擦写次数为10万次所以不能来一个脉冲就写入EEPROM只能将脉冲暂存MCU的SRAM内等脉冲计录到一定的值1度电或到了一定的时间1小时再把数据写入EEPROM正是由于电数据不能实时写入EEPROM引起一个问题如果停电怎么办在停电时MCU内存储的平均电量为0.5度,如果系统不管掉电情况,那么电表的精度很低(以10万家用户计算,每停一次电,供电局将有5万度电因存储器的原因而丢掉),这供电局当然不能接受为了解决这问题在电路上必需增加掉电检测电路在检测到掉电后把MCU中存储不到1度电的数据写入EEPROM由于EEPROM写入数据时有10MS写的周期这也引起了一个问题在停电后必需有足够长的电压维持EEPROM写的时间设计者的一般思路是利用滤波电路的大电容由于电容内部是电解液随着时间的推移电容的容量将变小因此为了使电表能使用10年必须把增大滤波的电容的容量和提前检测到掉电EEPROM写入数据时数据先是写入EEPROM的缓冲区当数据写入缓冲区后EEPROM 自动把数据写入EEPROM的具体地址其过程需要10MS由于EEPROM内部写入时间长所以容易受到干扰EEPROM一旦受到干扰写入的数据容易出错此时出错MCU 没有办法知道为了解决这一问题设计者必须把同一个数据写入三个不同的地址然后再把数据读出来校正图5从上述的阐述可知系统掉电时要把数据写入EEPROM此方案的筹码赌在掉电检测电路和电容上为了解决这一问题设计者把掉电检测提升到检测市电和用2个掉电检测电路把电容的容量增大和用2个电容为了减小检测电路和电容的影响采用2个EEPROM从而降低SRAM缓冲的量值提高存储的精度方案2采用NVRAM来做数据存储方案3这种方案可以解决EEPROM的不足但大家都知道NVRAM的价格很高用铁电存储器可以解决上面存储器所面临的问题首先看一看铁电存储器的特点1非易失性掉电后数据能保存10年所有产品都是工业级2擦写次数多5V供电的FRAM的擦写次数100亿次低电压的FRAM的擦写次数为1亿亿次3速度快串口总线的FRAM的CLK的频率高达20M并且没有10MS的写的等待周期并口的访问速度70NS4功耗低静态电流小于10UA读写电流小于150UA5读写无限次在FRAM读写次数超过100亿次5V供电的FRAM后FRAM还能工作只是数据不能保存基于铁电存储器的特点 我们可以对电表的设计进行完全的改革 图4由于FRAM 的读写次数为100亿次 MCU 检测到一个脉冲就可以写入FRAM 内 以3200个脉冲为1度计算 FRAM 能存3百万度电 对单相表和单相复汇率表以是足够用 由于电量数据是实时写入FRAM 所以不担心掉电后 数据会丢的问题 由于铁电存储器没有10MS 的写周期 所以不必担心电容的容量变小后会对FRAM 数据存储有影响 因为铁电存储器内没有缓冲区 数据是直接写如FRAM 对应的地址中 所以写入的数据不会出错 即使出错 MCU 通过协议可以知道 所以同一数据不必存储到3个不同的地址 图5铁电存储器应用在计量系统中有其他产品不可替代的优势 如电表 水表 煤气表等 在下期将与工程师讨论铁电存储器在税控机的应用。
FeRAM铁电存储器魏双
结构原理
铁电存储器器件结构
目前铁电存储器最常见的器件结构是 Planar (平面式)和Sபைடு நூலகம்ack(堆叠式)结 构，两者的区别在于铁电电容的位置 和电容与MOS管互连的方式。在平面式 结构中，将电容置于场氧上面，通过 金属铝，将电容上电极和MOS管有源区 相连，工艺相对简单，但单元面积较 大；而在堆叠式结构中，将电容置于 有源区，通过塞子(Plug)将电容下电 极和MOS管源端相连，需要CMP工艺， 集成密度较高。另外，堆叠式结构可 以采用铁电电容制作在金属线上的做 法，从而减少铁电电容在形成过程中 对工艺的相互影响。
应用
三、非易失性缓冲
铁电存贮器（FeRAM）可以在其它存储器之前快速存储数据。在此情况 下，信息从一个子系统非实时地传送到另一个子系统去。由于资料的 重要性, 缓冲区内的数据在掉电时不能丢失，在某些情况下，目标系 统是一个较大容量的存储装置。FeRAM以其擦写速度快、擦写次数多使 数据在传送之前得到存储。 典型应用：工业系统、银行自动提款机 (ATM), 税控机, 商业结算系 统 (POS), 传真机，未来将应用于硬盘非易失性高速缓冲存储器。
应用
二、参数设置与存储 FeRAM通过实时存储数据帮助系统设计者解决了突然断电数据丢失的问 题。参数存储用于跟踪系统在过去时间内的改变，它的目的包括在上电 状态时恢复系统状态或者确认一个系统错误。总的来说，数据采集是系 统或子系统的功能，不论何种系统类型，设置参数存储都是一种底层的 系统功能。 典型应用： 影印机,打印机,工业控制,机顶盒,网络设备和大型家用电 器
制造工艺
铁电存储器技术和标准的CMOS制造工艺相兼容。铁电薄膜被放置 于CMOS基层之上，并置于两电极之间，使用金属互连并钝化的方 法完成铁电存储器的制造。
MB85RC16
MB85RC16
■ ACKNOWLEDGE (ACK)
In the I2C bus, serial data including memory address or memory information is sent in units of 8 bits. The acknowledge signal indicates that every 8 bits of the data is successfully sent and received. The receiver side usually outputs the “L” level every time on the 9th SCL clock after every 8 bits are successfully transmitted. On the transmitter side, the bus is temporarily released on this 9th clock to allow the acknowledge signal to be received and checked. During this released period, the receiver side pulls the SDA line down to indicate that the communication works correctly.
FUJITSU SEMICONDUCTOR DATA SHEET
Memory FRAM
DS501-00001-2v0-E
16 K (2 K × 8) Bit I2C
MB85RC16
■ DESCRIPTION
The MB85RC16 is an FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) chip in a configuration of 2,048 words × 8 bits, using the ferroelectric process and silicon gate CMOS process technologies for forming the nonvolatile memory cells.
免费申请单片机样片
免费申请样片做项目常常避免不了申请样片，原因无外这几种情况：一是芯片不好买；二是太贵而又最小定量限制。
几个建议，一是要有正当用途，不要以为是免费午餐就滥申请；二是一般使用公司或学校等较为正式的邮箱申请。
1、ADI，需要注册成会员。
2、TI，也比较大方，会有人工审核，甚至会电话过来问一些问题。
如果申请数量过多，太贵，有可能被视为恶意申请而进入黑名单。
不过有申辩的机会，我一哥们被判为恶意申请后又邮件投诉依然申请成功，另一哥们两次申请10片INA128被直接电话质疑。
半年有6次申请机会，用完后不可申请。
注：我们实验室用MSP430比较多，TI的样片申请给我的感觉还是很不错的。
3、Microchip，速度很慢，有时候要自己到代理商那里去取。
可以申请，样片种类限制不多。
4、Maxim，就不用说了，公认的最容易申请的，就是快递速度较慢，普通包裹，北京发货。
5、Intersil，速度一般，限制不多，也没有特殊要求，也很大方。
6、Linear，速度很快，没什么限制，它的电源管理芯片很好用。
北京或香港发货。
7、WCH，国内的，南京沁恒电子，一次一片，以前是挂号，现在是自付邮资（快递），本人曾认真委婉地投诉过他们的客服。
注：这家的片子我没用过。
8、Cypress，赛普拉斯，也很大方，甚至连评估板都提供申请。
我兄弟申请过，没有亲自尝试。
9、Onsemi，安森美，专业搞电源管理的。
样片申请交给代理商了，比如武汉力源，对于武汉力源（icbase）的评价还是不错的。
10、Cirrus Logic ，样片申请是摆设，至少对于我的正式申请没有任何回音。
好在当时没有等待Cirrus Logic ，直接换成ADI的器件了。
11、NXP，恩智浦半导体，据说不太好申请，但其产品应用很广泛。
另一篇：1、(推荐)南京沁恒电子有限公司 USB芯片比较爽 CH375A/technique/index2.asp免费申请 USB 芯片 CH375南京沁恒公司首页：/index.asp申请网址：/technique/index2.asp2、(推荐)飞思卡尔免费样品申请/webapp/sps/site/homepage.jsp?nodeId=010984007869597059 2869294893、(推荐) 申请了10多次都收到了，一次能申请三种，每种两片的限制。
FM25CL64中文
共有六个被称为操作码的命令，它们可以由总线控制 器发布给FM25CL64，命令被列在下面的表中。这些操 作码控制存储器的操作。这些操作码被分为三类，第 一是没有并发操作的命令，它们只执行一些单一的功 能，比如设置写使能；第二是紧跟一个操作数的命令， 可能是输入，也可能是输出，他们对寄存器进行操作， 最后一类是对内存进行操作的命令，命令后面会紧跟 地址或者一个或多个字节的数据。
内存结构
FM25CL64内部地址可分为8192个字单元， 每个字单元为8位，数据位被串行移出。它使用 SPI协议，包括一个芯片选择，（它允许总线上连 接多个器件），一个操作码和两字节的地址，地 址的高三位是不关心的，13位的完整地址指定了 一个唯一的字节地址。
. FM25CL64的大多数功能是通过SPI接口来 控制，或者通过板载电路自动处理。FM25CL64 的内存访问时间从本质上讲是零，那就是说，内 存的存取是以SPI总线的速度进行。与EEPROM 不同，FM24C256不必对器件进行轮循以等待一 个就绪状态，因为器件是以总线速度进行写操 作， 一个新的总线转输将数据移入器件的同时， 一个写操作已经完成，更为详尽的描述将FM25CL64上电后的状态是禁止写操作。WREN命 令必须在任何写操作之前被发布，送出WREN命令 后将允许用户发布并发的写操作码以执行写操作， 这包括写寄存器或写内存。
送出WREN命令后，将使内部的写使能寄存器被置 位，状态寄存器中的一位被称为WEL，它表示了寄 存器的状态，WEL=1表明当前写操作是允许的，试 图去写状态寄存器中的WEL位是没有效果的，写操 作结束后，将自动复位写使能寄存器，如果没有 WREN命令送出，将禁止进一步的写操作。下面的 图5图示了WREN命令的总线时序。
WRSR-Write Status Register
铁电存储器
铁电存储器是一种在断电时不会丢失信息的非易失存储器， 它具有高速度、高密度、低功耗和抗辐射等优点，在IC卡、 移动电话、嵌入式微处理器、航空航天和军事应用等领域显 示出极大的发展潜力和良好的应用前景，受到了各国科技界 和产业界的广泛关注。图为RAMTRON公司的两款铁电存储 器。
背景介绍：铁电存储技术最早在1921年提出，直到1993年美 国Ramtron国际公司成功开发出第一个4Kb的铁电存储器 FRAM产品，标志着铁电存储技术开始实际应用，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。
PZT 是研究最多、使用最广泛。优点是能够 在较低的温度下制备，可以用溅射和金属有 机气相沉积（MOCVD）的方法来制备，具 有剩余极化较大、原材料便宜、晶化温度较 低的优点；缺点是有疲劳退化问题，还有含 铅会对环境造成污染。 SBT 最大的优点是没有疲劳退化的问题，而且 不含铅；但是它的缺点是工艺温度较高，使之工艺集成难度增大，剩余极化程度 较小。
传统存储器现状：随着人们对于存储容量越来越高需求，科 研人员也在不断的提高存储密度，但存储密度的提高使得浮 动栅与导电沟道之间绝缘介质层厚度减到 2.5nm 左右，这已 经很接近它的极限厚度。再进一步减薄绝缘介质层的厚度将 无法保证数据的存储寿命。
为了满足市场需求,开发新一代具有存储密度高、功耗低、写 入/擦除速度快、抗疲劳能力强、数据保持能力强、与传统 CMOS工艺相兼容等特点的新型非易失性存储器则成为必然 趋势。 因此，科研人员对包括电荷俘获型存储器、铁电存储器 (FeRAM)、磁存储器(MRAM)、相变存储器(PCRAM)和阻变存 储器(ReRAM)在内的一些新型存储器进行了广泛的研究。
铁电存储器
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FRAM与其它存储技术比较 与其它存储技术比较
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六、FRAM的用途 的用途
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FRAM的用途 的用途
仪表 电表、水表、汽表、流量表、邮资表。 汽车 安全气袋、车身控制系统、车载收音机、匀速控制、 车载 DVD 、引擎、娱乐设备、仪器簇、 传动系、保 险装置、遥感勘测/导航系统、自动收费系统。 通讯 移动通讯发射站、 数据记录仪 、电话、收音机、 电信、可携式GPS。 消费性电子产品 家电、机顶盒、等离子液晶屏电视。
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FRAM原理及特点 原理及特点
FRAM保持数据不需要电压，也不需要像DRAM 一样周期性刷新。 FRAM存储器的内容不会受到外界条件诸如磁场 因素的影响，能够同普通ROM存储器一样使用，具 有非易失性的存储特性。 FRAM速度快，能够像RAM一样操作，读写功耗 极低，不存在如E2PROM的最大写入次数的问题。 但受铁电晶体特性制约，FRAM仍有最大访问（读） 次数的限制。
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背景介绍
铁电存储器采用人工合成的铅锆钛(PZT) 材料形成 存储器结晶体。当一个电场被施加到铁晶体管时，中 心原子顺着电场停在低能量状态I位置，反之，当电场 反转被施加到同一铁晶体管时，中心原子顺着电场的 方向在晶体里移动并停在另一低能量状态II。
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FRAM与其它存储技术比较 与其它存储技术比较
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。 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，且比较容易改写，而使用FRAM会受访问次 数的限制。
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完美的铁电存储器
一. Fujitsu铁电存储器(FRAM) 技术原理
日本Fujitsu公司是全球最大的铁电存储器(FRAM)供货商，至2010年12月31日，全球已经累计出货17亿颗铁电存储器！
Fujitsu公司铁电存储器(FRAM)的核心技术是铁晶体管材料，这一特殊材料使得铁电存储产品同时拥有随机存取内存(RAM) 和非挥发性存贮产品(ROM)的特性。
铁晶体管材料的工作原理是：当我们把电场加载到铁晶体管材料上，晶阵中的中心原子会沿着电场方向运动，到达稳定状态，晶阵中的每个自由浮动的中心原子只有两个稳定状态，一个我们拿来记忆逻辑中的０、另一个记亿１，中心原子能在常温，没有电场的情况下停留在此状态达一百年以上。
铁电存储器不需要定时刷新，能在断电情况下保存资料。
二、Fujitsu铁电存储器(FRAM) 技术优点
传统半导体内存有两大体系：挥发性内存(Volatile Memory)，和非挥发性内存(Non-volatile Memory)。
挥发性内存如SRAM和DRAM 在没有电源的情况下都不能保存资料，但这种内存拥有高性能、易用等优点。
非挥发性内存像 EPROM、 EEPROM和 FLASH 能在断电后仍保存资料，但由于所有这些内存均起源自只读存储器 (ROM) 技术，所以您不难想象得到它们都有不易写入的缺点，
确切的来说，这些缺点包括写入缓慢、有限次写入次数、写入时需要特大功耗等等。
FRAM第一个最明显的优点是FRAM可跟随总线(Bus Speed)速度写入，若比较起 EEPROM/Flash的最大不同的是 FRAM在写入后无须任何等待时间(NoDelayTM Write)，而 EEPROM/Flash须要等 3~10毫秒 (mS) 才能写进下一笔资料。
铁电存储器(FRAM)的第二大优点是近乎无限次读写。
当 EEPROM/Flash只能应付十万次 (10的5次方)至一百万次写入时，新一代的铁电存储器(FRAM)已达到一百亿个亿次(10的 10次方)的写入寿命。
铁电存储器(FRAM)的第三大优点是超低功耗。
EEPROM的慢速和高电流写入令它需要高出 FRAM 2,500倍的能量去写入每个字节。
三、 Fujitsu FRAM铁电存储器的应用
我们向来用EEPROM或者Flash 来存储设置资料和启动程序，用 SRAM 来暂存系统或运算变量．如果掉电后这些资料仍需保留的话，我们会通过加上后备电池的方法去实现．很久以来我们没有检验这种内存架构的合理性．铁电存储器(FRAM)的出现为大家提供了一个简洁而高性能的一体化存贮技术。
1. 数据采集和记录
铁电存储器(FRAM) 的出现使工程师可以运用非挥发性的特点进行多次高速写入。
在这以前在只有 EEPROM和Flash的情况下，大量数据采集和记录对工程师来说是一件非常头疼的事。
数据采集包括记录和贮存资料，更重要的是能在失去电源的情况下不丢失任何资料。
在数据采集的过程中，资料需要不断高速写入，对旧资料进行更新，EEPROM和Flash的写入寿命和速度往往不能满足要求。
典型应用包括：数字式仪表(电力表、水表、煤气表、暖气表、车用仪表表)、量测仪器、非接触式智能卡(RF ID)、门禁保安系统、行驶记录仪(Black Box) 、医疗器材和卫星天线(Satellite Antenna)等…
２. 存储配置参数(Setting)
以往在只有EEPROM和Flash的情况下，由于写入次数限制，工程师们只能在侦测到掉电的时候，才把更新了的配置参数及时地存进 EEPROM和Flash里，这种做法很明显地存在着可靠性的问题。
铁电存储器(FRAM)的推出使工程师可以有更大的发挥空间去选择实时记录最新的配置参数，免去是否能在掉电时及时写入的忧虑。
典型应用包括：电话里的电子电话簿、复印机、网络设备、工业用微控制器、游戏机、机顶盒 (Set-Top-Box)、TFT Panel /(Smart Panel)、自动贩卖机和打印机等…
３. 非挥发性缓冲记忆 (Buffer)
铁电存储器(FRAM)无限次快速读写令这种产品十分适合担当重要系统里的暂存内存。
在一些重要系统里，往往需要把资料从一个子系统非实时地传到另一个子系统去，由于资料的重要性，缓冲区内的资料在掉电时不能丢失。
以往，工程师
们只能通过 SRAM加后备电池的方法去实现.虽然知道这种方法隐藏着电池耗干、化学液体泄出等安全、可靠性等等问题。
铁电存储器(FRAM)的出现为业界提供了一个高可靠性，且低成本的解决方案。
典型应用包括：自动提款机(ATM) 、RAID、商业结算系统(POS) 和 MFP等…
４. SRAM的取代和扩展
铁电存储器(FRAM)无限次快速读写和非挥发性的特点，令系统工程师可以把现在在线路板上分离的SRAM和 EEPROM组件整合到一个铁电存储器(FRAM)里，更可为整个系统节省功耗、成本与空间，并同时增加了整个系统的可靠性。
.
典型应用包括：用铁电存储器(FRAM)加一个便宜的微控制芯片(Microcontroller)来取代一个较贵的 SRAM嵌入式单芯片和外围 EEPROM/Flash
四、 Fujitsu FRAM铁电存储器的接口方式
所有产品皆符合工业规格温度标准-40℃至 85.
℃，所提供产品有串行I2C和SPI 接口以及并行接口三种方式：
1. 串行接口：I2C接口配选最少的接脚; SPI (SPI Bus) 产品需要多一至两个
接脚，但均具有高速和通讯协议简单的优点。
2. 并行接口：与标准SRAM脚位兼容。
并行FRAM对SRAM+Battery (后备电
池)的无奈设计方式，提供了一个最佳的解决方案。
系统工程师不再需要担心电池干涸，和在系统里加上笨拙的机械装置。
FRAM 的封装就像SRAM 一样有简单的 SMD表面黏着封装 (SOIC) 或插脚封装(DIP) --- 而您也该是时候把电池仍掉了！。