基于铁电存储器FM25640在电表数据存储中的应用

0 引言

在电子技术日新月异、新型多功能电能表层出不穷的今天，电能表中存储器的选择也是多种多样，存储器的好坏直接关系到电能表的正常使用和测量精度。目前应用最多的方案仍是SRAM加后备电池、EEPROM、NVRAM这三种。但这三种方案均存在着缺陷。其中SRAM加后备电池的方法增加了硬件设计的复杂性，同时由于加了电池又降低了系统的可靠性；而EEPROM的可擦写次数较少(约10万次)，且写操作时间较长(约10 ms)；而NVRAM的价格问题又限制了它的普及应用。因此，工程人员在设计电能表的存储模块时，往往要花很大的精力来完善方案，才能使电表数据准确无误的写入存储器中。鉴于以上情况，越来越多的设计者将目光投向了新型的非易失性铁电存储器(FRAM)。铁电存储器具有以下几个突出的优点：

(1)读写速度快。串口FRAM的时钟速度可达20 MHz，并口FRAM的访问速度达70 ns，几乎无须任何的写入等待时间，可认为是实时写入，所以不用担心掉电后数据会丢失；

(2)擦写次数多。一般认为FRAM的擦写次数为100亿次，而最新的铁电存储器的写入次数可达一亿亿次，这几乎可以认为是无限次；

(3)超低功耗。FRAM的静态工作电流小于10μA，读写电流小于150μA。

目前，铁电存储器的主要生产商Ramtron公司的FRAM主要包括串行FRAM和并行FRAM两大类。而串行FRAM由于可节省大量的管脚而得到更为广泛的应用。实际上，串行接口FRAM又分为I2C和SPI两种接口。经过多方比较，本设计选择带有SPI接口的FM25640来进行说明。

1 FM25640芯片介绍

1.1 FM25640的主要特性

FM25640为64Kb的非易失性铁电存储器，结构容量为8192×8位，具有100亿次的读写次数，掉电数据可保持10年。该器件支持SPI的模式03，最大可达到5 MHz的总线速度，采用8脚SOP或DIP封装。

1.2 引脚功能

FM25640的引脚图如图1所示。各引脚的具体功能如下：

CS：片选，低电平有效。当它为高电平时，所有的输出处于高阻态，芯片忽略其它输入；当它为低电平时，芯片功能开启，并根据SCK的信号而动作。

SO：串行输出。数据输出引脚。

WP：写保护，低电平有效时，将阻止向状态寄存器进行写操作。

VSS：电源地。

SI：串行输入。数据输入引脚。

SCK：串行时钟。

HOLD：保持端口，低电平有效。当SCK为低电平且该脚亦为低电平时，暂停当前的操作。而当SCK为低电平而HOLD为高电平时，则恢复被暂停的操作。

VDD：5 V引脚电源。

1.3 SPI接口

FM25640带有高速SPI(Serial Peripheral Interface)接口。在通过它来进行串行通信时，其最大可以达到5 MHz的操作速度。