前言

铁电记忆体（FRAM）现正成为许多设计工程师所喜欢的非挥发性记忆体。随着记忆体技术渐趋成熟，已由独立的形式转变为嵌入式，市场对嵌入式FRAM的兴趣也越来越浓，而本文将描述嵌入式FRAM 的应用实例。

FRAM三个明显的优势使其日益受到欢迎，第一是其执行写操作的速度与读操作的速度一样快。就总线速度写入而言，FRAM对写入资料变成非挥发性资料并没有任何延迟。这一点与基于浮栅技术的非挥发性记忆体不同，后者具有较长的写入延迟。举例说，对典型的电子可擦除唯读记忆体（EEPROM）的写操作，在资料写入至输入缓存之后，需要10毫秒才能使该写入有效。此外由于FRAM没有首选或预设状态，并不需要擦除操作，与其他随机记忆体（RAM）技术一样，如SRAM写入资料时无需考虑以前的状态。

第二，FRAM 实际上不限制抹写操作次数，不像其他非挥发性记忆体那样抹写操作次数多了就会失效。当抹除次数太多时，浮栅元件便不再能保持资料。这是一种硬故障。失效的EEPROM或快闪记忆体无法储存编程状态。而FRAM则不会出现这种失效。

第三，FRAM的运行无需电荷泵因此能够降低功耗。浮栅技术使用较高电压以编程新的状态，因此写操作比读操作消耗更多的电能。 FRAM以更加先进的处理过程进行写操作，该电压为5V、3V或更低。此外，当较低的功耗乘以更快的写入速度时，FRAM所消耗电能会降低几个数量级。

当系统必须频繁或者快速地写入资料时，上述这些优势对于写操作密集的应用的系统设计人员均有大帮助。对于读操作密集的应用，FRAM没有特别的优势。

作为系统内可编程非易失性记忆体，FRAM可作为任何其他记忆体的替代产品，包括快闪记忆体或EEPROM。然而，当与这些其他记忆体技术比较，该技术并未成熟且较为昂贵。因此，通常在上述三种优势均用到的应用场合，才会使用这种技术。这些应用是抹写操作密集的应用，其特征为资料获取频繁或有可能经常变化配置的资料。这种优点适合在维护成本较高的应用，其最好采用无故障机制的方​​案。

嵌入式记忆体优势

FRAME的优势可以从独立的记忆体上体现,那么为什么要嵌入式FRAM呢?

与独立的记忆体比较，嵌入式记忆体能够提供更高的性能，藉由高速的记忆体汇流排与减少使用晶片外的I/O。 32位元或更大的汇流排频宽很容易在晶片上实现，但是对于分立记忆体而言，存在封装及晶片介面互接方面的难题。如省去晶片与晶片之间的介面，可将回圈时间减少10至15奈秒。

例如，一个具有16位元结构、回圈时间为55奈秒的FRAM，其记忆体的频宽约为每秒2.9亿位元。在一个嵌入式微控制器上实施相同的内核技术，可以省去晶片至晶片的介面，进而实现40奈秒的回圈时间。采用具有32位元汇流排宽度的存储阵列，使用相同的技术，每秒便能传送8亿位元资料，速度可以提高2.75倍。

嵌入式FRAM简化了系统设计。它可让设计人员去除MCU的快闪记忆体、RAM及EEPROM之间因这些技术的性能不同而自然产生的固定分区。举例说，如果应用程式的容量超过晶片快闪记忆体的容量，通常不可能分配使用SRAM记忆体。同样地，即使SRAM容量不足，也不会使用快闪记忆体作为工作记忆体区使用。单个FRAM阵列便能执行所有这些类型记忆体任务，并消除分区。

在一个典型的8位元微控制器中具有16KB快闪记忆体、1KB SRAM及256B EEPROM。在这种情形下，如果程式、工作资料或配置资料的单项要求增加超过了特定记忆体的容量，则必须更换MCU。只要所有类型记忆体的总容量不超过16KB FRAM的容量，设计人员便可将其用于任何用途。除此之外更可节省该FRAM记忆体的外部介面，以简化硬体并减少占用的PCB空间。

FRAME简化设计

使用FRAM能够简化系统设计，这意味着对于一般的MCU而言，设计人员都喜欢使用FRAM，而不是采用多种嵌入式记忆体。 FRAM通常用于需要发挥其独特性能最大限度的应用，包括资料密集型应用，如车载DVD播放器及工业位置感测器。

例如，连续播放功能使DVD播放器能够记住停电时碟片的位置。家用播放器持续有电，因此可在SRAM中保留资料。在携带型产品或汽车环境中使用备用电源，因此可能完全断电。所以，这些情况都需要非挥发性记忆体。由于DVD​​位置跟踪资讯大约每三秒存储一次，如果使用其他类型记忆体，将会发生失效。对于工业位置传感装置而言，位置资讯产生太快，因而无法容忍快闪记忆体或EEPROM的写入延迟等待。

多晶片封装方法

面对嵌入式记忆体与独立记忆体间的性能差别间隙，一种填补方法是使用多晶片封装（MCP）技术。如果元件是针对MCP方式而设，与独立的情况相比较，这种封装使得处理器与记忆体之间的结合得更紧密。虽然不能获得嵌入式记忆体的所有优势，但是相对于独立记忆体而言，这是一种改进。

如果该处理器至记忆体的介面是针对MCP封装设计，该记忆体更可以映射作为一个处理器资源，​​而非外部元件。从硬体的角度来看，多封装内记忆体的工作方式与嵌入式记忆体的工作方式相同。尽管存在两个晶元，但是处理器和记忆体变得不可分割。其速度可以比分立式方案更快，这取决于裸片与裸片间的介面，当然不如真正的嵌入式记忆体快。

MCP封装减小了PCB空间并简化了设计。而真正的嵌入式FRAM与MCP封装元件之间的折衷权衡是性能。只有终端应用才能决定采用哪种方法最好。如果使用FRAM的主要原因是简单性、低功耗或高写入次数，那么MCP方案就两全其美。记忆体的划分因为MCP方案的现实而消除。

结论

FRAM具备的多个特性将继续使其受到市场欢迎。随着FRAM技术进入主流记忆体技术，市场将出现更多的嵌入式记忆体选择。如本文所强调，具体应用不同，使用嵌入式记忆体所获得的优势也有所不同，只有最终应用才可决定哪种方法最好。

---作者为Ramtron International营销副总裁---