多功能铁电存储器在电子产品中的应用

摘要:本文介绍了一种集非易失存储器、实时时钟、低电压复位、掉电检测、看门狗、非易失事件计数器等多种功能于一体的铁电存储器和应用示例。

关键词:铁电存储器; 多功能; 低成本

引言

在电子产品中,往往需要同时使用非易失存储器、实时时钟、低电压复位、掉电检测、看门狗、非易失事件计数器等功能,传统方案是采用具备上述功能的分立器件完成。这种传统方案不仅电路复杂、成本高、电路板面积大,而且由于集成度低导致产品的可靠性降低,维护成本增高。Ramtron 公司推出的FM31系列多功能铁电存储器(FRAM) ,内部集成了具有I²C 接口的串行铁电存储器、实时时钟、低电压复位、看门狗计数器、非易失性事件计数器;具有高集成度、低功耗和低成本等优点,可以方便的应用于采用单片机、ARM、CPLD、FPGA 设计的电子产品中,尤其适合于电池供电的产品。目前,该系列FRAM 已被广泛应用于机顶盒、汽车电子、三表收费、考勤门禁、商业收款等行业。

FM31 系列多功能FRAM简介

FM31 系列FRAM采用I²C 总线结构,以FM31256 为例,其内部具有256Kb 的串行FRAM;可按字节读写,写入速度达70ns ,写入寿命为1 万亿次( EEPROM 为100 万次) ,写入电流为150μA(是EEPROM的1P20) 。片内的实时时钟以BCD 格式提供时间和日期信息,时钟使用一个32. 768 kHz 晶振,可以使用软件校准模式来提供时间记录器的精确性,校准后的精度可达2. 17ppm。片内包括一个低电压复位模块,当电源电压下降到低于可编程的门限电压时,PRST被激活并一直保持有效状态,直到VDD 上升到高于正常点后的100ms ,。该芯片包括一个可编程看门狗计数器, “喂狗”时间从100 毫秒到2 秒可编程,复位信号保持有效100 毫秒。该芯片包括一个通用的比较器,将外部输入电压和板上的参考电压相比较,并根据比较结果产生一个输出信号,该功能模块可被用于产品的掉电检测。

FM31 系列产品全部为14 个引脚,A1-A0 器件选择,用于在串行总线上为多个器件寻址;CNT1 和CNT2 为事件计数器输入端;CALPPFO 为校准模式P和早期掉电输出端;X1 和X2 用于连接32. 768 kHz 晶振。PRST 为复位输出端;SDA 为I²C 串行数据地址线,SCL 为串行时钟线;PFI 为早期掉电输入端;VBAK为后备电源电压输入端;VDD 为电源电压输入端;VSS 为接地端。

应用示例

税控收款机是一种通过自动记录交易流水作为报税凭据的电子产品,国家标准对税控收款机各方面的指标进行了严格规定,尤其是对事务完整性方面的要求非常高。要求收款机在市电突然停电并再次来电后,能够自动完成停电前正在进行的任务。这就要求收款机能够自动保存停电时的状态、数据的中间结果和任务的完成进度。

铁电存储器是解决税控收款机事务完整性要求的是一个理想选择, 下面以FM31256 在税控收款机中的应用为例, 说明FM31 系列多功能FRAM 与单片机的具体连接方法和电路的工作原理。为了突出主题,在图1 中将税控收款机电路中的键盘、显示器、通讯接口、外设接口、IC 卡接口、打印机驱动、报警、钱箱控制等部分省略,仅体现出与FM31256 相关的部分电路。

在图1 所示电路中,FM31256 作为P89LPC920 单片机的串行存储器,保存收款机运行所需的配置信息、商品信息、交易纪录和任务进度等信息;同时,提供实时时钟、看门狗、掉电检测、低电压复位等功能。

图1 的工作原理是,220V 交流电经过变压器T1 降为约交流7V ,再经整流桥B1 整流成直流约9V ,该电压一方面通过DC- DC 转换成5V 作为VDD ,另一方面通过电阻R1 和R2 分压后由PFI 脚输入到FM31256 ,作为掉电检测输入。当交流掉电后,将由CALPPFO 脚输出掉电中断信号到P89LPC920 的外部中断输入脚PINT,P89LPC920 响应掉电中断,进入掉电处理程序进行处理。后备电池BAT接到FM31256 的VBAK脚,当交流掉电后将自动切换到后备电池向内部实时时钟供电。X1 和X2 脚直接接32. 768KHz 的晶振,为片内实时时钟提供时钟基准。P89LPC920按I²C 协议标准,并通过SCL 和SDA 脚从FM31256 中读出或写入数据。

结束语

虽然FRAM 是NV - RAM、EEPROM 和FLASH 的理想替代品,但是,目前FRAM最大容量只能做到1Mb ,在大容量存储器市场上还不能发挥其优势。但是我们相信,随着铁电材料、集成电路设计和加工工艺等技术的不断创新和发展,具有更大容量、更低成本、提供更多功能的FRAM会不断推出,甚至可能出现基于FRAM的片上系统(SOC) 。在电子产品应用方面,FRAM必将大有可为。