為何電子式電能表需要使用鐵電存儲器(F-RAM)

　　特別是當移去電場后，中心原子處于低能量狀態(tài)保持不動，存儲器的狀態(tài)也得以保存不會消失，因此可利用鐵電疇在電場下反轉形成高極化電荷，或無反轉形成低極化電荷來判別存儲單元是在 ”1”或 “0” 狀態(tài)。鐵電疇的反轉不需要高電場，僅用一般的工作電壓就可以改變存儲單元是在 ”1”或 “0” 的狀態(tài);也不需要電荷泵來產生高電壓數據擦除，因而沒有擦寫延遲的現象。這種特性使鐵電存儲器在掉電后仍能夠繼續(xù)保存數據，寫入速度快且具有無限次寫入壽命，不容易寫壞。所以，與閃存和EEPROM 等較早期的非易失性內存技術比較，鐵電存儲器具有更高的寫入速度和更長的讀寫壽命。

　　應用范例

　　下面以0.2級三相電能表為例來說明為何電子電能表需要使用F-RAM存儲器。首先要說明電能表0.2級的定義，所謂0.2級是指測量精度每千瓦小時 (KWH) 需小于0.2% 的誤差，相對來說如果是0.5級則是指指測量精度每千瓦小時 (KWH)需小于0.5% 的誤差。其次要說明國家電網對0.2級三相電能表的用電數據存儲規(guī)范。如下列范例所示，其存儲內容分為“用電數據及事件記錄”兩部份：

　　1. 用電數據存儲:

　　* 數據保存: 存儲器需保存包括12個月的總電能和各費率的電能數據, 包括有功、無功功率;有功、無功總電能;四象限無功總電能以及正反向有功、無功總電能、組合有功、組合無功1、組合無功2、等等共16個項目，每一項目需4字節(jié)，12個月共( 4字節(jié)x 16項 x 12月= 768字節(jié))。

　　* 負荷記錄存儲: 存儲器空間應保證在記錄正反向有、無功總電能、組合有功、組合無功1、組合無功2、等等共6個項目，每一項目需4字節(jié)，時間間隔為1分鐘的情況下、可記錄不少于30 天的數據容量，最長時間間隔為1分鐘， 以60分鐘間隔來計算其數據量為 ( 4字節(jié)x 6項 x 24小時x 30天 = 17,280 字節(jié))。

　　2. 事件記錄存儲: 內容則包括最近10 次編程時間;需量清零時間;校時事件;A、B、C相失壓起始及恢復時間;A、B、C 相斷相起始及恢復時間;電流不平衡起始及恢復時間和事件期間的各項電能增量共6大項801字節(jié)。

　　不包含負荷記錄，上述數據量相加起來最低存儲器需求就有1,569 字節(jié) (12.51千位)，若再加上第三點的負荷記錄存儲緩沖，其數據量則高達18,849 字節(jié) (150.79千位)。

　　以存儲速度來作比較：I2C的EEPROM 寫1,569 字節(jié)需要 0.91秒，寫18,849 字節(jié)需花費11.07秒;但是I2C的鐵電(FRAM)存儲器，寫1,569 字節(jié)僅需要 45毫秒，寫18,849 字節(jié)僅需花費0.55秒。事實上當Vdd在0.01秒的時間下降0.23V (使用1000?f 130?內阻的電容) 的放電率條件下，鐵電存儲器能寫50,000次，而EEPROM僅能寫一次。因為浮動柵存儲器的擦寫延遲在大量數據存儲時有可能導致數據丟失，所以浮動柵存儲器并不適用于高容量的電能表。

　　根據統計，中國的民用電一般約每戶每月200度左右，而工業(yè)用電每戶每月約高達2萬度左右，以每0.01度存儲一次用電數據來計算，則存儲器每月的擦寫次數會高達200萬次，加上電能表的使用壽命為5-7年(各省分不同)，因此浮動柵存儲器的擦寫壽命根本不敷使用，因為浮動柵存儲器的擦寫延遲因素更不可能采用大容量浮動柵存儲器來做移位儲存。

　　從數據保存的本質安全角度及寫入時間來看，浮動柵存儲器并不適用于三相電能表，因為在如此大量的數據存儲情況下，浮動柵存儲器的擦寫延遲有可能導致數據丟失。例如，用電量大或者遇到瞬間停電時會有來不及寫入，導致數據丟失的可能性。

　　當然工程師們可以利用SRAM作為數據緩沖暫時存儲用電數據，但是這樣就需要備份電池給SRAM供電，以防止斷電時數據丟失，此外，還會增加電能表本身的功耗與成本。所以具有非易失性、無延遲快速寫入、無限的讀寫壽命和超低的寫入功耗特性的鐵電存儲器，就成為了電能表的最佳存儲器選擇。

　　中國國家電網對0.2級三相電能表的用電數據存儲內容要求如下：

　　數據存儲內容:

　　1、 至少能存儲前12個月或前12個(結算)抄表周期的總電能和各費率的電能數據, (負荷記錄: 有功、無功的電壓、電流、頻率;有功、無功功率;功率因子;有功、無功總電能;四象限無功總電能。

　　( 4字節(jié)x 16 x 12月= 768 字節(jié)) 。

　　2、 負荷記錄間隔時間可以在1～60 分鐘之間任意設置。

　　3、 負荷記錄存儲空間應保證在記錄正反向有功、無功總電能、組合有功、組合無功1、組合無功2，時間間隔為1分鐘的情況下可記錄不少于30 天的數據容量 (這個數據通常會移至閃存)。

　　在1分鐘間隔時: ( 4字節(jié)x 6 x 60分鐘x 24小時x30天 = 1,036,800 字節(jié))

　　在60分鐘間隔時: ( 4字節(jié)x 6 x 24小時x30天 = 17,280字節(jié))