铁电存储器FM24C16原理及其在多MCU系统中应用

1、铁电存储器技术原理、特性及应用 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 铁电存储器（FRAM，Ferroelectric Random Access Memory）是一种独特的存储技术，结合了RAM的高速读写能力和非易失性存储器的特性。它的核心技术在于使用了铁电晶体材料，这种材料允许存储单元在没有电场的情况下保持稳定状态长达100年以上。铁电晶体内的中心原子在施加电场时会沿电场方向移动，形成两个稳定的逻辑状态，分别代表0和1。由于这个过程不涉及原子碰撞，因此FRAM具有高速、低功耗和无限次写入的特性。 与传统的EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）相比，FRAM的优势显著。FRAM的写入速度非常快，可达到总线速度，并且写入后无需等待，而EEPROM通常需要5到10毫秒的延迟。FRAM的写入寿命极长，新的FRAM器件可支持一亿次以上的写入，远超EEPROM的十万到一百万次。此外，FRAM的写入能量需求比EEPROM低得多，这使得它在能源效率方面具有显著优势。 FM24C16是一款基于FRAM技术的2Kx8位串行非易失性存储器，适用于需要快速、频繁读写的多微控制器（MCU）系统。它采用I2C两线接口，包括SDA（Serial Data）和SCL（Serial Clock），并提供8页每页256字节的存储空间。写操作分为字节写和页面写，后者能一次性写入整页数据，无需缓冲，这使得FM24C16在数据处理速度上远超其他同类E2PROM，如AT24C16。 在写操作过程中，MCU首先通过START信号启动，接着发送从器件地址和页面选择位，然后是写控制位，再由从应答位确认接收。一旦从应答收到，MCU将连续发送字节地址和数据，直到页面写操作完成或遇到页尾地址，此时地址指针会自动翻转，继续写入新数据。在整个过程中，从应答位是确认数据写入成功的关键。 在多MCU系统中，FM24C16能有效提高数据交换的效率和可靠性，尤其适用于需要实时数据记录和存储的应用，如仪器仪表、工业控制系统、网络设备和自动取款机等。例如，在碳控仪系统中，由于对碳势控制的即时性和高频率的读写需求，采用FM24C16替代传统EEPROM能够提升系统的整体性能。 铁电存储器FM24C16以其独特的技术和优越的性能，为需要快速、低功耗、高耐久存储解决方案的系统提供了理想的存储选项。结合其在多MCU环境下的高效应用，FM24C16不仅降低了系统设计的复杂性，还提升了系统的响应速度和稳定性。