FRAM：智能電表應用中的低功耗非易失性存儲器

　　鐵電存儲器(FRAM)廣泛應用于工業(yè)控制系統、工業(yè)自動(dòng)化、關(guān)鍵任務(wù)空間應用、高可靠性軍事和各種汽車(chē)應用。FRAM的特性不僅使其適用于上述應用，而且它還以其低功耗和高耐用性(圖1)的固有特性成為了智能電表應用的可靠選擇。

　　(圖1)：高端非易失性存儲器對比

　　電子設計的一個(gè)主要考慮因素是降低總功耗的同時(shí)提高可靠性。設計人員必須考慮增加功能，同時(shí)減少系統的功率預算，以實(shí)現更長(cháng)久的電池壽命。但是與此同時(shí)，嵌入式軟件正變得日益復雜，需要配備更多的存儲器，但這一點(diǎn)對功耗也有了進(jìn)一步要求。

　　一般來(lái)講，智能電表將計費和使用數據存儲在安全的NV存儲器內。FRAMs具有出色的防篡改特點(diǎn)，并且單元結構可防止未經(jīng)授權讀取數據，因而很好地確保了安全性。傳統類(lèi)型的存儲器將數據存儲為電荷，未經(jīng)授權者可通過(guò)掃描進(jìn)行篡改。FRAM將數據作為極化狀態(tài)進(jìn)行存儲，因此具有較少的暴露和被篡改的風(fēng)險。

　　電表的典型框圖

　　( Block Diagram 框圖 F-RAM鐵電存儲器 Tamper sensor篡改感應器Voltage sensor 電壓傳感器 current sensor 電流傳感器 microcontroller 微控制器 LCD 液晶顯示屏Powerline 電線(xiàn) Wireless無(wú)線(xiàn) Nonvolatile memory: 非易失性存儲器 Wired I/O 有線(xiàn)輸入/輸出接口)

　　與其他非易失性存儲設備相比，FRAM具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：

　　1. 實(shí)時(shí)數據存儲，無(wú)寫(xiě)入延遲或預備時(shí)間：EEPROM和NOR閃存都有寫(xiě)入延遲(5ms到10ms)，導致無(wú)法進(jìn)行數據字節寫(xiě)入。在需要快速記錄計費信息或關(guān)鍵的時(shí)間標記信息等時(shí)候，FRAM速度快于任何其他非易失性存儲器。

　　2. 近無(wú)限耐久性: 例如，賽普拉斯的FRAMS具有100萬(wàn)億次的寫(xiě)入周期耐久性。這種高耐久性是頻繁寫(xiě)入系統不可或缺的。由于存儲“區間數據”(用戶(hù)電力使用、峰值功率、收費信息)變得愈加頻繁，設計也日趨復雜，損耗平衡會(huì )增加系統設計的難度。

　　3. 低寫(xiě)入功耗：如圖1所示，FRAM的瞬時(shí)寫(xiě)入和低有效寫(xiě)入電流的特性，使得依靠電池運行的系統可更為輕松地延長(cháng)其運行壽命。

　　4. 安全可靠的數據存儲：收費信息是非易失性存儲器上存儲的最重要信息之一。例如，全球的電力提供商都會(huì )遇到很多關(guān)于收費真實(shí)性的難題。FRAM具有數據存儲安全的固有優(yōu)勢，有助靈活實(shí)施和簡(jiǎn)化基于閃存或EEPROM的設計。

　　總結來(lái)說(shuō)，與NOR閃存、EEPROM、采用電池的傳統靜態(tài)存儲器等其他同類(lèi)技術(shù)相比，鐵電存儲器(FRAM)可降低系統成本，提高系統效率，降低復雜性，而且大大降低功耗。