串行FRAM FM25H20原理及其應(yīng)用
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鐵電存儲器(FRAM)具有擦寫次數(shù)多，讀寫速度快，抗干擾強，功耗低，讀寫無限次，數(shù)據(jù)不丟失等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于儀器儀表、航空航天、工業(yè)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、自動取款機等領(lǐng)域。美國Ramtron公司鐵電存儲器的核心技術(shù)是采用鐵電晶體材料。這一特殊材料使鐵電存儲器同時擁有隨機存取記憶體(RAM)和非易失性存儲器特性。與EEPROM和Flash非易失性存儲器相比，FRAM在單片容量、單元密度、寫入速度、擦除速度、功耗、成本等方面具有更大的優(yōu)勢，因此，FRAM是大容量、高密度數(shù)據(jù)存儲的理想方案。
2 FM25H20簡介
FM25H20是美國Ramton公司的2 MB串行非易失性的FRAM，其工作電壓為2．7~3．6 V，采用先進的130 nm CMOS工藝，8引腳TDFN封裝，具有256 KBx8位存儲結(jié)構(gòu)，總線讀寫速度高達40 MHz，無限次讀寫和低工作電流，并具有10年數(shù)據(jù)保存能力。此外，FM25H20還包含一個工業(yè)標準SPI接口，優(yōu)化FRAM高速寫入能力。并具有硬件和軟件寫保護功能。防止意外寫入和數(shù)據(jù)破壞。該串行FRAM具有低工作電流，在40 MHz讀寫速度下，工作電流小于10 mA，待機時為80μA。FM25H20與其他同類串行Flash存儲器引腳兼容，但性能遠優(yōu)于Flash存儲器。
3 FM25H20的工作原理
3．1 存儲器結(jié)構(gòu)
FM25H20是由存儲陣列、數(shù)據(jù)輸入輸出緩沖和鎖存、命令寄存器、非易失性數(shù)據(jù)寄存器、地址鎖存與譯碼、指令譯碼、時鐘信號發(fā)生器、控制邏輯、寫保護等模塊構(gòu)成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖l所示。外部電路通過8位I／O端口分時訪問FM25H20的命令寄存器、地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，完成對其內(nèi)部存儲器的訪問。
3．2 SPI工作方式
FM25H20是串行FRAM，其內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)為256 KB×8位，地址范圍為00000H~3FFFFH，采用24位尋址方式。FM25H20尋址遵循SPI協(xié)議，該協(xié)議包括片選S，操作碼C和2字節(jié)地址D。FM25H20支持SPI工作方式0和工作方式3。使用時，在S信號的下降沿時，根據(jù)時鐘總線和數(shù)據(jù)總線的狀態(tài)確定FM25H20的工作方式。SPI工作方式O和工作方式3的時序圖分別如圖2和圖3所示。
3．3 操作指令
FM25H20的SPI協(xié)議由操作指令控制。當片選信號S有效時(S=0)，F(xiàn)M25H20操作指令的第一個字節(jié)為命令字，緊接其后的是1l位有效地址和傳輸數(shù)據(jù)。FM25H20操作指令共有7條，分為3類如表1所示。其中，第一類指令為不接任何操作數(shù)，用于完成某一特定功能。包括WREN和WRDI指令；第二類指令為接一個字節(jié)．用于對狀態(tài)寄存器的操作，包括RDSR和WRSR指令；第三類指令可對存儲器進行讀寫操作，該類指令后緊接存儲器地址和一個或多個地址數(shù)據(jù)，包括READ和WRITE指令。所有的指令，其地址和數(shù)據(jù)都是以MSB(最高有效位)在前的方式傳輸。
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