基于鐵電存儲器FM25640在電表數據存儲中的應用

0 引言

在電子技術日新月異、新型多功能電能表層出不窮的今天，電能表中存儲器的選擇也是多種多樣，存儲器的好壞直接關系到電能表的正常使用和測量精度。目前應用最多的方案仍是SRAM加后備電池、EEPROM、NVRAM這三種。但這三種方案均存在著缺陷。其中SRAM加后備電池的方法增加了硬件設計的復雜性，同時由于加了電池又降低了系統(tǒng)的可靠性；而EEPROM的可擦寫次數較少(約10萬次)，且寫操作時間較長(約10 ms)；而NVRAM的價格問題又限制了它的普及應用。因此，工程人員在設計電能表的存儲模塊時，往往要花很大的精力來完善方案，才能使電表數據準確無誤的寫入存儲器中。鑒于以上情況，越來越多的設計者將目光投向了新型的非易失性鐵電存儲器(FRAM)。鐵電存儲器具有以下幾個突出的優(yōu)點：

(1)讀寫速度快。串口FRAM的時鐘速度可達20 MHz，并口FRAM的訪問速度達70 ns，幾乎無須任何的寫入等待時間，可認為是實時寫入，所以不用擔心掉電后數據會丟失；

(2)擦寫次數多。一般認為FRAM的擦寫次數為100億次，而最新的鐵電存儲器的寫入次數可達一億億次，這幾乎可以認為是無限次；

(3)超低功耗。FRAM的靜態(tài)工作電流小于10μA，讀寫電流小于150μA。

目前，鐵電存儲器的主要生產商Ramtron公司的FRAM主要包括串行FRAM和并行FRAM兩大類。而串行FRAM由于可節(jié)省大量的管腳而得到更為廣泛的應用。實際上，串行接口FRAM又分為I2C和SPI兩種接口。經過多方比較，本設計選擇帶有SPI接口的FM25640來進行說明。

1 FM25640芯片介紹

1.1 FM25640的主要特性

FM25640為64Kb的非易失性鐵電存儲器，結構容量為8192×8位，具有100億次的讀寫次數，掉電數據可保持10年。該器件支持SPI的模式03，最大可達到5 MHz的總線速度，采用8腳SOP或DIP封裝。

1.2 引腳功能

FM25640的引腳圖如圖1所示。各引腳的具體功能如下：

CS：片選，低電平有效。當它為高電平時，所有的輸出處于高阻態(tài)，芯片忽略其它輸入；當它為低電平時，芯片功能開啟，并根據SCK的信號而動作。

SO：串行輸出。數據輸出引腳。

WP：寫保護，低電平有效時，將阻止向狀態(tài)寄存器進行寫操作。

VSS：電源地。

SI：串行輸入。數據輸入引腳。

SCK：串行時鐘。

HOLD：保持端口，低電平有效。當SCK為低電平且該腳亦為低電平時，暫停當前的操作。而當SCK為低電平而HOLD為高電平時，則恢復被暫停的操作。

VDD：5 V引腳電源。

1.3 SPI接口

FM25640帶有高速SPI(Serial Peripheral Interface)接口。在通過它來進行串行通信時，其最大可以達到5 MHz的操作速度。