Co je to FRAM

Základem paměti FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) od firmy Ramtron jsou feroelektrické krystaly, které umožňují paměti pracovat jako RAM a zároveň permanentně ukládají data.

Jednotlivé buňky FRAM pamětí využívají vrstvy feroelektrického materiálu a její zbytkové polarizace. Když je elektrický krystal vystaven elektrickému poli, centrální atom se pohne ve směru pole a přechodem hranice energie vznikne proudový náraz. Vnitřní obvody tento náraz rozpoznají a zapnou paměť. Centrální atom v této pozici zůstane i po odstranění elektrického pole a stav paměti je uchován. FRAM proto nepotřebuje pravidelné obnovování. FRAM si data uchová i po odstranění zdroje, je rychlá a neopotřebuje se.

Základy paměti

FRAM nabízí unikátní soubor vlastností na rozdíl od ostatních paměťových technologií. Tradiční, hlavní druh polovodičových pamětí může být rozdělen na dvě základní skupiny:

• Nestálá paměť
• Stálá paměť

Nestálé paměti zahrnují SRAM (static random access memory) a DRAM (dynamic random access memory). Obě tyto paměti neudrží obsah při výpadku zdroje energie. RAM zařízení jsou velice jednoduchá pro použití a mají vysoký výkon, ale bohužel sdílejí ten otravný manýr "ztratí hlavu" při výpadku zdroje.

Stálá paměť neztrácí obsah když je odstraněn příkon. Většina druhů stálých pamětí sdílí běžné předky, kteří se odvodili z ROM technologie. Jak určitě odhadujete, něco zvané "pouze pro čtení" není vhodné pro zapisování. Ve skutečnosti je to nemožné. U všech potomků ROM je zapisování velice obtížné. Obsahují technologii zvanou EPROM (dnes už téměř nepoužívána), EEPROM a Flash. Technologie založené na ROM jsou velice pomalé, co se týče zápisu a opotřebují se velice rychle, už při poměrně malém počtu přepsání a kromě toho mají velkou spotřebu energie při zápisu.

FRAM nabízí vlastnosti shodné s RAM, ale je permanentní jako ROM technologie. FRAM překlenuje mezeru mezi těmito dvěma kategoriemi a vytváří něco úplně nového - stálou RAM paměť.

Příklady využití FRAM

• Zápis a zálohování dat
• Uložení konfigurace
• Trvalá vyrovnávací paměť
• SRAM náhrada a expanze

Zápis a zálohování dat

FRAM umožňuje zapisovat data do permanentní paměti rychleji a častěji - což je luxus který není dovolen uživatelům EEPROM. Sběr dat se skládá ze získávání a ukládání dat, která musí být zachována i při výpadku energie. Toto jsou systémy, subsystémy, které mají základní funkci sbíraní časově měnitelných dat. Ve většině případů je velice důležité vidět změny minulých dat.

Koncové použití: měření (elektřina, plyn, voda, tok), RFID, instrumentace a určité automobilové aplikace, jako air-bags.

Uložení konfigurace

FRAM pomáhá překonat náhlé výpadky energie prostřednictvím flexibilního a průběžného uložení konfigurace a to vždy, nejen při vypnutí. Uložení konfigurace stále sleduje systém a ukládá konfigurační změny. Cílem je buď obnovit konfiguraci při zapnutí, nebo najít důvod chyby. Většinou je uložení konfigurace funkcí systému, nebo podsystému, zatímco konfigurace paměti je základní funkcí systému bez ohledu na typ.

Koncové použití: laserové tiskárny a kopírky, průmyslové kontrolní zařízení, kabelové síťové ovládání, set top boxes a bílá technika.

Trvalá vyrovnávací paměť

FRAM ukládá data okamžitě, před odesláním nebo uložením do jiných permanentních médií. V tomto případě je informace poslána z jednoho subsystému do dalšího, tato informace je rozhodující a nesmí být ztracena při výpadku energie. V některých případech je cílem velká paměť. FRAM díky rychlé zapisovací schopnosti a téměř nekonečné životnosti,umožňuje uživateli uložit data před dalším přenosem.

Použití: průmyslové a bankovní systémy, budoucí aplikace budou obsahovat hard disk s rychlou vyrovnávací pamětí.

SRAM výměna a expanze

Díky FRAM rychlosti je možné kombinovat SRAM a EEPROM v jednom obvodu, nebo čistě rozšířit SRAM. V mnoha případech používá systém několik druhů paměti. FRAM nabízí schopnost vykonávat funkce ROM, RAM a EEPROM dohromady, šetřící místo, energii a náklady. Běžným příkladem je embedded mikrokontrolor s vnějším sériovou EEPROM. FRAM nahradí EEPROM a zároveň nabízí mikro SRAM funkce.

Použití: přenosné aplikace, v jakýchkoliv systémech používající základní mikrokontrolory.

Typické aplikace FRAM

• Sběr dat – Aplikace které vyžadují FRAM na sběr a ukládání dat jako hlavní funkci.
  • Poštovní měřidla – ukládání poštovních zůstatků
  • Průmyslové sítě – uložení dat nasbíraných přes síť
  • Dopravní kontrolky – nastavené hodnoty
  • Kontrolky teploty – záznam teploty
  • Měřiče – záznam spotřeby elektřiny, plynu, vody
  • Datové sběrače – záznam dat všeho druhu
  • Průmyslová automatizace – záznam stavu zařízení - výsledky
  • Kontrolky čerpadel – nastavené hodnoty, výsledky
  • Automatické air bags – jako flight recorder ("Black box")
• Konfigurace – Záznam aktuální konfiguraci a stavu.
  • Laserové tiskárny, kopírky, kabelové modemy – Ukládání aktuální konfiguraci nastaví systém zcela přesně dle poslední konfigurace po výpadku energie, zaznamená chybové stavy systému atd.
  • Obchodní telefony – Ukládá telefonní a síťové nastavení bez použití FLASH, odstraňuje potřebu pro baterii, nízká spotřeba energie
  • Počítače do dlaně, nebo RAID – File allocation table – Umístění souborů nemůže být nahráno na hard disk, flash paměť je velice omezená pro zápis, RAM s baterií má mnoho problémů
  • Průmyslové sítě, kontrolní zařízení – Záznam stavu sítě a zařízení, v případě potřeby umožní obnovení, takže vzniklé chyby mohou být opraveny
• RAM expanze - Některé systémy nepotřebují větší výkon EEPROMu, pouze potřebují větší RAM.
  • Čtečky karet s magnetickým proužkem – Potřebují asi 300 bajtů RAM navíc k tomu, co je potřeba pro běžné použití softwaru, mikroprocesor s 4kB FRAM je mnohem levnější než mikro s větší RAM
  • Vestavěné mikrokontrolory – V systému používajícím mikrokontroléry a malou sériovou EEPROM, FRAM nahradí EEPROM a zbytek se dá použít jako extra RAM

Stručný přehled sortimentu

V sortimentu má v nabídce CIT INTERNATIONAL jsou jak sériové (2-wire, SPI), tak paralelní provedení pamětí FRAM od 4kB do 256kB.

2-wire

Model	Kapacita	Rychlost	Vdd	Idd
FM24CL64	64K	1 MHz	2.7-3.6V	400 µA
FM24CL16	16K	1 MHz	2.7-3.6V	400 µA
FM24CL04	4K	1 MHz	2.7-3.6V	300 µA
FM24C256	256K	1 MHz	5V	1,2 mA
FM24C64	64K	1 MHz	5V	1,2 mA
FM24C16A	16K	1 MHz	5V	1 mA
FM24C04A	4K	1 MHz	5V	1 mA

SPI

Model	Kapacita	Rychlost	Vdd	Idd
FM25L256	256K	25 MHz	2.7-3.6V	6 mA
FM25L16	16K	20 MHz	2.7-3.6V	10 mA
FM25CL64	64K	20 MHz	2.7-3.6V	10 mA
FM25CL04	4K	20 MHz	2.7-3.6V	3 mA
FM25640	64K	5 MHz	5V	3 mA
FM25C160	16K	5 MHz	5V	3 mA
FM25040	4K	2.1 MHz	5V	2,5 mA

parallel fram

Model	Kapacita	Rychlost	Vdd	Idd
FM18L08	256K	70 ns	3.0-3.6V	15 mA
FM1808	256K	70 ns	5V	25 mA
FM1608	64K	120 ns	5V	15 mA

Problem Solver

Product	Kapacita	Rozhraní	Vdd	RTC	RTC Alarm	Power Monitor	Watch Dog	Battery Switch Over	Event Detect
FM31256	256kB	Serial 2-Wire	2.7-5.5V	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Count
FM3164	64kB	Serial 2-Wire	2.7-5.5V	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Count
FM3116	16kB	Serial 2-Wire	2.7-5.5V	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Count
FM3104	4kB	Serial 2-Wire	2.7-5.5V	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Count
FM4005	NA	Serial 2-Wire	2.7-5.5V	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Count
FM32256	256kB	Serial 2-Wire	2.7-5.5V	No	No	Yes	Yes	Yes	Count
FM3264	64kB	Serial 2-Wire	2.7-5.5V	No	No	Yes	Yes	Yes	Count
FM3216	16kB	Serial 2-Wire	2.7-5.5V	No	No	Yes	Yes	Yes	Count
FM3204	4kB	Serial 2-Wire	2.7-5.5V	No	No	Yes	Yes	Yes	Count
FM30C256	256kB	Serial 2-Wire	5V	Yes	No	Yes	No	Yes	-
FM3808	32kB x 8	Parallel	5V	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	No

Závěr

Paměti FRAM umožňují vývojářům používat rychlé paměti které ani po vypnutí napájení neztrácejí svůj obsah a přitom aplikace nemusí dlouho čekat, než se požadovaná data zapíší, jak tomu bylo například u pamětí EEPROM. A ačkoliv jejich ceny jsou zatím o něco vyšší, než konvenčních pamětí, snadnost aplikace, životnost a rychlost tento drobný nedostatek rychle vyrovnají.

Bližší informace o pamětech FRAM získáte u jejich českého výhradního distributora, firmy CIT international, kterého můžete kontaktovat pomocí našeho formuláře, či v některém z našich dalších článků, ve kterých si představíme některé konkrétní typy pamětí.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka výrobce Ramtron - http://www.ramtron.com/
• Domovská stránka distributora CIT international - http://www.citworld.com/