本文将解答以下问题

  • 什么是FRAM?
  • 与Flash / EEPROM相比,FRAM的主要优势是什么?
  • FRAM在高温下的性能如何?
  • FRAM与Flash / EEPROM具有相同的可扩展性问题吗?
  • 读数后FRAM是否丢失数据?
  • 新的嵌入式FRAM内存技术是否引起安全问题?
  • FRAM器件是否受到磁场的影响?
  • FRAM器件能承受多大的电场?
  • FRAM是否受到辐射或软错误的影响?
  • TI在FRAM中的重点是什么?
  • F-RAM和FeRAM是否与FRAM相同?
  • 市场上有可售FRAM商品吗?
  • 可以在与Flash Memory的器件相同的条件下焊接FRAM微控制器吗?
  • 在其它MSP430器件上编写的代码是否与具有FRAM的新型MSP430FR57xx器件兼容?
  • 在FRAM开发是否与通过基于Flash的MCU进行操作完全不同?
  • 我的代码和项目将从Flash MSP430迁移到FRAM MSP430吗?

什么是FRAM

 

FRAM是铁电随机存取存储器的首字母缩略词,是一种非易失性存储器,即使在断电后也可以保存数据。撇开名称,FRAM是铁电存储器,不受磁场影响,因为芯片中没有铁质材料(铁)。铁电材料在电场中切换极性,但不受磁场影响。

Flash/EEPROM相比,FRAM的关键优势是什么?

1)速度。FRAM具有快速的写入时间。除了所有其它操作,到FRAM存储单元的实际写入时间小于50ns。这比EEPROM快1000倍。另外,不同于EEPROM,您必须有两个步骤来写入数据:一个写命令,后跟一个读/验证命令; FRAM的写入内存功能发生在与读取内存相同的过程中。只有一个内存访问命令,一个读取或写入的步骤。因此,实际上,与基于FRAM的智能IC中有效地消除了与EEPROM写入事务相关联的所有时间。

2)低功耗。对FRAM单元的写入以低电压发生,需要很少的电流来改变数据。需要EEPROM带高电压。FRAM使用极低的功率——1.5v,而EEPROM为10-14v。FRAM的低电压转换为低功耗,并以更快的交易速度实现更多功能。

3)数据可靠性。因为只需少量的能量,因此FRAM的所有必要功率都在数据写入开始时被加载。这避免了“数据撕裂”,在写入周期期间,当从RF场电源中移除基于EEPROM的智能IC时发生的数据的部分写入。此外,FRAM经历100万亿次读/写周期或更长周期 —— 远远超过EEPROM写入周期。

 

FRAM在高温下的性能如何?

FRAM是一种极其强大可靠的记忆技术,即使在高温下也是如此。FRAM在85摄氏度可保留数据十多年之久。这远远超过了政府ID市场的认证要求,代表了FRAM强大的数据保留能力。FRAM用于几种汽车应用中,并且已能够承受极端苛刻的条件。

 

FRAMFlash / EEPROM具有相同的可扩展性问题吗?

与FRAM不同,Flash/EEPROM采用浮栅电荷存储设计,这需要高电压和昂贵的高能耗和空间占用电路,如晶体管和电荷泵。所有这些高压传统电路的限制是它不容易扩展到小之又小的IC工艺节点制造。此外,TI先进的130纳米(nm)FRAM制造工艺生产的芯片远远小于大多数基于闪存和EEPROM的嵌入式微控制器所使用的180 - 220 nm节点尺寸,使得FRAM产品在尺寸、性能、和功率效率方面占据优势。此外,FRAM制造工艺与数字CMOS工艺完全兼容,使得该技术将来可以轻松扩展到较小的技术节点。

 

读数后,FRAM会丢失数据吗?

不会。FRAM是一种非易失性存储器,即使在电源关闭后也能保存其数据。类似于在个人计算机、工作站和非手持游戏机(如PlayStation和Xbox)中的大(主)存储器中发现的常用DRAM(动态随机存取存储器),FRAM需要在每次读取之后进行内存恢复。完成内存恢复,因为像DRAM、FRAM存储器单元需要每个访问位被重新写入刷新功能。因为FRAM具有无穷无尽的擦写周期(100万亿次写入/读取周期),这不是实际的问题。

 

新的嵌入式FRAM内存技术是否引起安全问题?

FRAM已在运输和机顶盒的金融智能卡应用中使用。与现有的EEPROM技术相比,FRAM通过电场、辐射等更能抵御数据损坏。极快的写入时间和小型130纳米(nm)处理节点使黑客难以攻克。此外,FRAM的较低功耗(以及其读写功耗相同的事实)可以说是使用差分功耗分析技术攻击更难的目标。

 

FRAM器件是否受到磁场的影响?

普遍的误解是铁电晶体含铁或铁磁性或具有相似的性质。术语“铁电体”是指依据铁磁材料的磁滞回线(BH曲线)的电压(下图所述)绘制的电荷图形的相似度。电磁材料不受磁场的影响。

 

 

 

FRAM器件能承受多大的电场?

FRAM存储单元通过施加切换电压来感测和恢复数据状态进行操作。铁电薄膜PZT约为70nm厚。若器件放置在1 cm的50 kV电场中,则不可能在铁电薄膜上产生大于1V的电压。实际上,FRAM器件不受外界电场的影响。

 

FRAM是否受到辐射或软错误的影响?

易失性存储器,DRAM和SRAM,使用电容器来存储电荷或通过简易锁存器来恢复状态。这些单元可能容易受到α粒子、宇宙射线、重离子、γ、X射线等的影响,导致位转向相反的状态。这被称为软错误,因为后续写入将被保留。这种情况发生的速率称为器件的软错误率(SER)。因为FRAM单元将状态存储为PZT膜极化,因此α命中不太可能导致极化,从而改变给定单元的状态,并且FRAM地面SER是不可测量的。

FRAM的“耐辐射”特性使其具有吸引力,可用于多种新兴医疗应用

 

 

TIFRAM中的重点是什么?

虽然TI目前正在为Ramtron生产独立的FRAM存储器件,但我们的内部焦点是

  • 嵌入式FRAM(作为数字处理流程的2掩码加法器)。我们已成功设计高达32Mb的阵列。
  • 作为真正的NVRAM技术的FRAM来取代缓存SRAM、DRAM、Flash/EEPROM
  • 支持低功耗应用的1.5V操作
  • 虽然FRAM确实为客户提供无与伦比的灵活性和优势,但是针对操作目标区域优化了初始实施和设计。重要的是强调FRAM技术可支持高性能和低功耗应用;然而,我们目前的FRAM阵列设计是针对低功耗操作进行优化的。我们最初的FRAM设计要考虑的一些项包括:
  • 它们最适合低于25 MHz的器件。然而,与所有技术演进一样,我们期望在将来设计出具有更高性能的FRAM存储器阵列,以支持以更高的时钟速度工作的器件。
  • 如上所述,我们预计我们的几个初始FRAM存储器件将使用2T-2C配置(每个数据位使用2个单元)。这种“冗余”方法导致FRAM阵列小于等于低于64KB - 128KB的存储器中的等效闪存的交叉点(取决于设计要求)。再次,我们预计这种交叉点将在1T-1C操作中增加,并且在未来的工艺技术中会缩减。
  • TI目前还没有针对其用于汽车应用的嵌入式FRAM产品。

 

 

F-RAMFeRAM是否与FRAM相同?

相同。 F-RAM、FeRAM和FRAM是同义词。德州仪器选择使用缩写“FRAM”,而Ramtron选择使用缩写“F-RAM”。

 

市场上有可售的FRAM产品吗?

FRAM在半导体市场上得到商业验证,其中仅有Ramtron销售的产品超过1.5亿台。 Ramtron的F-RAM存储器产品已成为汽车等高品质行业中极其受欢迎的选项。梅赛德斯、通用、宝马、福特、保时捷等制造商正在其汽车中应用FRAM。

TI目前正在其先进的130纳米(nm)FRAM制造工艺(http://www.ramtron.com/products/nonvolatile-memory/parallel.aspx)上生产Ramtron的4Mb和2Mb FRAM存储器。 Ramtron的4Mb FRAM内存产品被“电子产品中国(EPC)”杂志评为2008年度最佳产品。

MSP430FR57xx 器件目前可采用全套开发套件进行采样。商业生产将于2011年8月开始,未来将会生产更多的零部件。

 

可在与基于Flash存储器的器件相同的条件下焊接FRAM微控制器吗?

答案是目前不行。在现有MSP430FR5739器件上超过指定的最大存储温度(Ts)时,无法保证FRAM内存上的数据保留。但是,我们将在未来的所有MSP430FRAM器件上支持此功能。

对于电路板制造过程中的焊接,需要遵循当前的JEDEC J-STD-020规范的规定,即峰值回流温度不会高于装运箱或卷轴上的器件标签。

若需要手工焊接应用原型,峰值温度在任何单个器件上不得超过250℃,总计5分钟。

用户应用程序代码的器件编程只能在回流焊/手工焊接之后执行。

工厂编程的信息(如校准值)旨在承受当前JEDEC J-STD-020规范中通常达到的温度。

 

在其它MSP430器件上编写的代码是否与具有FRAM的新型MSP430FR57xx器件兼容?

兼容!虽然有一些因素需要考虑,但基于闪存的MSP430器件编写的代码绝对可与具有FRAM的MSP430FR57xx器件一同使用。由于FRAM使用了许多与其它MSP430器件相同的外设,因此转换非常简单。

 

FRAM开发是否与通过基于FlashMCU进行操作完全不同?

一点也不。当编写代码时,FRAM技术是完全透明的。开发环境是一致和常见的。虽然编程和代码开发与在基于闪存的MSP430上开发相同,但性能优势是惊人的。

 

我的代码和项目将从Flash MSP430迁移到FRAM MSP430吗?

是的,FRAM器件完全与其它基于闪存的MSP430 MCU代码兼容。然而,它们并不是管脚兼容的替代品。FR5xx系列集成了一些新的外设,包括灵活的时钟系统和电源管理模块。更多详细信息将在即将推出的MSP430F2xx到MSP430FR5xx的迁移指南中公布。

 

原文链接:

https://e2e.ti.com/support/microcontrollers/msp430/w/wiki/1528.fram-faqs-frequently-asked-questions