原创 [博客大赛]FRAM

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什么是FRAM？ FRAM 是指铁电随机存取存储器 （Ferroelectric Random AccessMemory）。这是最新的非易失性存储器技术，它将SRAM的速度、写入寿命及低功耗与闪存存储能力相结合，将传统器件上的两个存储器替换为一个统一的代码和数据存储空间。FRAM的功耗极低，在1.5V下即可进行编程，而不是像闪存那样需要10-14V。因此器件上无电荷泵。这也意味着在FRAM上编程无需擦除周期，具备比闪存速度更快、功耗更低的存储优势。

       通常用作典型的铁电质材料是 PZT (Lead zirconate titanate-锆钛酸铅)。PZT晶体结构点阵中具有锆和钛，作为两个稳定点。它们可以根据外部电场在两个点之间移动。一旦位置设定，即使再出现电场，它也将不会再有任何移动。顶部和底部的电极安排了一个电容器。那么，电容器划分了底部电极电压和极化，超越了磁滞回线。数据以“1”或“0”的形式存储。

1.      当加置磁场时就会产生极化。（锆/钛离子在晶体中向上或向下移动）

2.      即使在不加置磁场的情况下，也能保持电极。

3.      两个稳定的状态以“0”或“1”的形式存储。

一般说来，这种铁电材料的数据存储性能取决于 PZT 中心原子的极化。由于在晶体中浮动的中心原子实际上能够在1 毫微秒内达到稳定状态，因此这种极化活动能够以极低的功耗非常快速地出现。其性质非常像DRAM，其中各个单元均采用单晶体管和单电容器。这意味着 FRAM内存单元所需面积减少很多，且可采用处理器架构进行类似处理。但不同的是，其如 DRAM 中的电荷一样，不可能泄漏分子极化，在没有电场时状态保持不变。这使得 FRAM 为非易失性，即断电时，FRAM上的数据不会丢失。

单个 FRAM单元可被视为一个偶极电容器(dipolecapacitor)，它由两个电极板和之间的铁电材料薄膜构成。存储“1”或“0”时（写入FRAM 时），只需中心原子按电场方向移动极化。这使得 FRAM 速度非常快，易于写入，能够充分满足写入寿命的要求。类似于FRAM写入，从 FRAM 读取也需要对铁电材料电容器施加一个电场。根据中心原子所处状态，重新极化，从而引起出一个大的电荷击穿。这个电荷随即与已知参数进行对比，从而判断中心原子的状态。存储的数据位“1”或“0”从感应电荷推断得出。在读取数据的过程中，按电场方向移动的中心原子会失去当前的状态。因此每次读取后，都需要进行写回操作，恢复存储单元的状态。读写过程如下图（1）所示。

图（1）：FRAM读/写过程 

常见的存储器主要有EEPROM，SRAM等，与传统存储器相比，具有明显的优势如图（2）所示。

图（2）：对比

        那么FRAM 写入速度究竟有多快？这取决于应用程序。了解 FRAM 访问速度的关键是了解系统级限制。 通常，起限制作用的不是 FRAM 访问速度本身，而是通过有线或无线外围通讯设施写入FRAM 时的数据处理开销或协议开销。变换影响访问速度的三种常见因素： DMA 的使用， 系统速度，数据块大小。但是对比于传统的存储器，其写入的快速性已经有了质的飞跃。另外，即使在 85 摄氏度下未启用状态下，FRAM的写入寿命至少 10 年。

    注：由于博客的字数所限，此只是原文的一部分，详情见附件。