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FRAM

FRAM

词条创建时间:2023-06-08浏览次数:418

FRAM(铁电随机存取存储器)是被称为FeRAM。这种存储器采用铁电质膜用作电容器来存储数据。FRAM具有ROM(只读存储器)和RAM(随机存取器)的特点,在高速读写入、高读写耐久性、低功耗和防窜改方面具有优势。

FRAM优势

与传统存储器相比,FRAM具有下列优势:

非易失性

即使没有上电,也可以保存所存储的信息。

与SRAM相比,无需后备电池(环保产品)

更高速度写入

像SRAM一样,可覆盖写入

不要求改写命令

对于擦/写操作,无等待时间

写入循环时间 =读取循环时间

写入时间: E2PROM的1/30,000

具有更高的读写耐久性

确保最大1012次循环(100万亿循环)/位的耐久力

耐久性:超过100万次的 E2PROM

具有更低的功耗

不要求采用充电泵电路

功耗:低于1/400的E2PROM

FRAM特点

FRAM的特点是速度快,能够像RAM一样操作,读写功耗极低,不存在如E2PROM的最大写入次数的问题;但受铁电晶体特性制约,FRAM仍有最大访问(读)次数的限制。

FRAM读写时序

在FRAM读操作后必须有个“预充电”过程,来恢复数据位。增加预充电时间后,FRAM一个完整的读操作周期为130ns,图(a)所示。这是与SRAM和E2PROM不同的地方。图(b)为写时序。

1.jpg

FRAM读写操作

FRAM保存数据不是通过电容上的电荷,而是由存储单元电容中铁电晶体的中心原子位置进行记录。直接对中心原子的位置进行检测是不能实现的。实际的读操作过程是:在存储单元电容上施加一已知电场(即对电容充电),如果原来晶体中心原子的位置与所施加的电场方向使中心原子要达到的位置相同,中心原子不会移动;若相反,则中心原子将越过晶体中间层的高能阶到达另一位置,在充电波形上就会出现一个尖峰,即产生原子移动的比没有产生移动的多了一个类峰。把这个充电波形同参考位(确定且已知)的充电波形进行比较,便可以判断检测的存储单元中的内容是“1”或“0”。

无论是2T2C还是1T1C的FRAM,对存储单元进行读操作时,数据位状态可能改变而参考位则不会改变(这是因为读操作施加的电场方向与原参考位中原子的位置相同)。由于读操作可能导致存储单元状态的改变,需要电路自动恢复其内容,所以每个读操作后面还伴随一个“预充”(precharge)过程来对数据位恢复,而参考位则不用恢复。晶体原子状态的切换时间小于1ns,读操作的时间小于70ns,加上“预充”时间60ns,一个完整的读操作时间约为130ns。

写操作和读操作十分类似,只要施加所要的方向的电场改变铁电晶体的状态就可以了,而无需进行恢复。但是写操作仍要保留一个“预充”时间,所以总的时间与读操作相同。FRAM的写操作与其它非易失性存储器的写操作相比,速度要快得多,而且功耗小。

FRAM存储单元结构

FRAM的存储单元主要由电容和场效应管构成,但这个电容不是一般的电容,在它的两个电极板中间沉淀了一层晶态的铁电晶体薄膜。前期的FRAM的每个存储单元使用2个场效应管和2个电容,称为“双管双容”(2T2C),每个存储单元包括数据位和各自的参考位。

储存单元结构