1 引言

　　鐵電存貯器（FRAM）的核心技術是鐵電晶體材料。這一特殊材料使得鐵電存貯器產品同時擁有隨機存取記憶體（RAM）和非易失性存貯器產品的雙重特性。

       鐵電晶體材料的工作原理是：當我們把電場加載到鐵電晶體材料上時，晶陣中的中心原子會沿著電場方向運動，最后到達穩定狀態。晶陣中的每個自由浮動的中心原子只有兩個穩定狀態。一個記憶邏輯中的0，另一個記億1。該中心原子能在常溫且沒有電場的情況下停留在此狀態達一百年以上。因此，鐵電記憶體不需要定時刷新便能在斷電情況下保存數據。

        由于在整個物理過程中沒有任何原子碰撞，因而鐵電記憶體（FRAM）擁有高速讀寫、超低功耗和無限次寫入等超級特性。

2 存貯器的基礎知識

　　傳統半導體記憶體有易失性記憶體（volatilememory）和非易失性記憶體（non－volatile memory）兩大體系。易失性記憶體如SRAM和DRAM，它們在沒有電源的情況下都不能保存數據，但這種存貯器擁有快速、易用及性能好等優點。

　　而非易失性記憶體（像EPROM，EEPROM和FLASH）則可在斷電后繼續保存資料。但由于所有這些記憶體均起源于只讀存貯器（ROM）技術，所以它們都有不易寫入的缺點。確切的說，這些缺點包括寫入緩慢、寫入次數有限以及寫入時需要較大功耗等。

　　圖1是16kB鐵電存貯器（FRAM）和16kBEEP－ROM的性能比較。可以看出：FRAM第一個最明顯的優點是FRAM可以跟隨總線速度（busspeed）寫入。與EEPROM的最大不同便是FRAM在寫入后無須任何等待時間。而EEPROM則要等待幾毫秒（ms）才能寫進下一筆資料。


　　鐵電存貯器（FRAM）的第二大優點是幾乎可以無限次寫入。當EEPROM只能應付十萬（10的5次方）至一百萬次寫入時，新一代的鐵電存貯器（FRAM）已可達到一億個億次（10的16次方）的寫人壽命。

　　鐵電存貯器（FRAM）的第三大優點是超低功耗。EEPROM的慢速和高電流寫入使得它需要有高出FRAM存貯器2，500倍的能量去寫入每個字節。

　　表1給出了16kB內存在總線速度為400kHz時，FM24C16型鐵電存貯器與其它幾種存貯器的性能比較。


　　由于鐵電存貯器（FRAM）包含了RAM技術的優點，又同時擁有ROM技術的非易失性特點。因此，為業界提供了一個嶄新的存貯器產品：一個非易失性的RAM。

3 FRAM鐵電存貯器的應用

　　通常人們往往用EEPROM來存儲設置資料和啟動程序，而用SRAM來暫存系統或運算變數。但如果掉電后這些數據仍需保留的話，人們會通過加上后備電池的方法去實現。很久以來，人們都沒有檢驗這種記憶體架構的合理性。鐵電存貯器（FRAM）的出現為大家提供了一個簡潔而高性能的一體化存貯技術的新構想。

3．1 數據采集和記錄

　　鐵電存貯器（FRAM）的出現使工程師可以運用非易失性的特點進行多次高速寫入。而在這以前，在只有EEPROM的情況下，大量數據采集和記錄對工程師來說是一件非常頭疼的事。

數據采集包括記錄和貯存數據。更重要的是能在失去電源的情況下不丟失任何資料。在數據采集的過程中，通常數據均需要不斷高速寫入并對舊資料進行更新。 EEPROM的寫入壽命和速度往往不能滿足要求。而現在的FRAM便可在現代儀表（電力表，水表，煤氣表，暖氣表，記程車表）、測量、醫療儀表、非接觸式聰明卡（RFID）、門禁系統以E及汽車記錄儀（了解汽車事故的黑匣子）等系統中得到廣泛的應用。

3．2 存儲配置參數（Configuration／Setting Data）

　　以往在只有EEPROM的情況下，由于寫入次數的限制，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及時地存進EEPROM里。這種做法很明顯地存在著可靠性問題。鐵電存貯器（FRAM）的推出使工程師可以有更大的空間去選擇實時記錄最新的配置參數。從而免去了是否能在掉電時及時寫入的憂慮。因此可廣泛用于電子電話簿、影印機、打印機、工業控制、機頂盒（Set－Top－Box）、網絡設備、TFT屏顯、游戲機、自動販賣機等系統。

3．3 非易失性緩沖（buffer）記憶

　　鐵電存貯器（FRAM）無限次快速擦寫特性使得這種產品十分適合于擔當重要系統里的暫存（buffer）記憶體。在一些重要系統里，往往需要把資料從一個子系統非實時地傳到另一個子系統去。由于資料的重要性，緩沖區內的數據在掉電時不能丟失。以往，工程師們只能通過SRAM加后備電池的方法去實現。這種方法隱藏著電池耗盡，化學液體泄出等安全和可靠性問題。鐵電存貯器（FRAM）的出現為業界提供了一個高可靠性，而且低成本的方案。從而使得用于銀行自動提款機（ATM）、稅控機、商業結算系統（POS）、傳真機等系統中時更加安全可靠。

3．4 SRAM的取代和擴展

　　鐵電存貯器（FRAM）以其無限次快速擦寫和非易失性等特點，令系統工程師可以把現在在線路板上分離的SRAM和EEPROM器件整合到一個鐵電存貯器（FRAM）里。從而為整個系統節省出更多的功率、成本和空間。同時也增加了整個系統的可靠性。不難設想，人們可以用鐵電存貯器（FRAM）加一個便宜的單片機（microcontroller）來取代一個較貴的SRAM嵌入式單片機和外圍EEPROM。

4 RAMTRONFRAM鐵電存貯器

　　Ramtron串行（serial）非易失性RAM尊循標準工業接口。2－wire產品可為單片機（microcontroller）配選最少的接線。而SPI產品雖然需要多一至兩個接線，但具有高速和通訊協議簡單的優點。
表2給出了RAMTRON串行FRAM產品的型號及其參數。表3所示列為并列FRAM的型號參數。




Ramtron并列（parallel)非易失性RAM與標準的SRAM管腳兼容。且其并行FRAM對SRAM加后備電池方案做了較大改進。系統工程師再不需要擔心電池干涸，也不需要系統里加上笨拙的機械裝置。FRAM的封裝就象SRAM一樣有簡單的貼片封裝（SOIC）或插腳封裝（DIP），從而使您可以放心將電池仍掉了！