FM20L08型铁电存储器的原理及应用

摘要：本文主要介绍了铁电存储器FM20L08的原理及应用。该存储器不仅克服了EEPROM和Flash存储器写入时间长、擦写次数少等缺点，而且增加了电压监控器和软件控制的写保护功能，1MB的存储容量足以替代静态随机存储器。介绍FM20L08的引脚功能和工作原理，并在此基础上给出基于FM20L08的高速数据存储系统的设计方案及与单片机的接口电路。
关键词：铁电存储器；FM20L08；高速数据记录；应用

1 引言
    在一些需要下位机单独工作的场合(如汽车行驶记录仪、高速存储测试设备等)，其数据的高速存储和掉电不丢失尤为重要。Ramtron公司推出的FM20L08型非易失性铁电存储器除具有其他铁电存储器的一般特点外，弥补了已有铁电存储器存储量小的缺点，其数据存储量达l MB，可完全替代标准异步静态随机存储器(SRAM)。

2 FM20L08的特点和引脚功能
    FM20L08型非易失性铁电存储器的存储容量为128 Kx8位，可无限次擦写，掉电后数据可保存10年，工作电压为3 V，最大功耗电流为22 mA，采用32引脚TSOP型封装。图1示出FM20L08的引脚排列，表l示出FM20L08的主要引脚功能。

    FM20L08内存分为8个页面，每个页面可分为16 Kx8 bit，由地址总线的低3位选择不同的页面。新增加的页面操作模式的操作速率为33 MHz。FM20L08增加了软件控制写保护功能，存储序列按地址排成8个区域，每个区域都能通过软件单独设置写保护，不需要其他硬件或改变引脚排列。
    FM20L08新增内部电压监控器驱动LVL(Low Voltage Lockout)信号，用于监控电源的供电情况。当电源电压下降到临界值以下时，LVL输出低电压信号，显示电路处于写保护状态。LVL信号处于低电平时，存储器可以自动阻止无意读写和防止存储页面数据的破坏。

3 FM20L08工作原理
3.1 页面操作模式
    FM20L08给用户提供快速访问任意页面的操作，而且对页面的访问不需要CE信号有效。对于页面模式读操作，只要数据位连在总线上，通过地址总线低3位选择不同页面，便可读取存储器上的数据。对于页面模式写操作，需要第1个写脉冲定义第一次写操作。当CE为低电平时，写脉冲连同1个新的地址进行页面模式写操作。图2示出页面模式读操作时序。图3示出页面模式写操作时序。

3.2 电压监控器
    FM20L08内部的电压监控器不断检测电源电压，当VDD低于临界指示电压VTP时，LVL输出低电平信号，存储器处于受保护状态，阻止电源电压太低和无意干扰信号访问存储器。这并不代表LVL信号可以用于系统复位，因为系统主机可能在低于电路特殊电压时进行写操作。LVL引脚用于存储器是否闭锁的状态指示。电源电压超过门限电压VTP时要经历延时tPULV后LVL才变高电平，在这个时间段里存储器可以被访问。
3,3 软件写保护
    存储器128 Kx8位的地址空间有8个区域，每个区域的地址空间为16 Kx8位。每个区域独立进行软件写保护，而且是非易失性的。写保护由8位数据组成，具体分区如表2所示。首先在规定地址置入数据，写保护区域标志位为高电平；其后在另一规定地址置入数据，写保护区域标志位为低电平；再在规定地址写入任意数据并返回普通模式。对区域O、l、4的写保护过程如表3所示。

4 FM20L08的应用
    在对爆炸过程中的温度、冲击波和压力等参数进行实时采集和记录时，为了更好地了解爆炸过程的情况，必须有高速的数据采集和大量的数据存储作保证。铁电存储器的高速写入和掉电数据不丢失特性完全适合此类情况，但以往的铁电存储器最大容量只有256 KB，单个存储器无法对整个作用过程进行记录，FN20L08正好解决了存储容量小的问题。爆炸前在目标区域放置多个数据采集系统，接通电源，启动单片机内部程序，等待信号出现。起爆后，冲击波传感器和温度传感器将被测信号经调理电路送入单片机，单片机首先判断输入信号值是否大于门限值，只有输入信号值大于门限值才能存储在铁电存储器的存储单元内，并在一定时间后关闭存储器。试验完毕，工作人员可将采集到的数据在PC机上显示。图4示出由单片机控制FM20L08的原理图。

5 结束语
    本文介绍了FM20L08铁电存储器的原理及应用，给出了测量爆炸过程温度、冲击波信号的应用及单片机控制的硬件电路。该设计可以直接或稍加改动移植到汽车行驶存储测试系统等类似的系统中。用该电路作为测量爆炸参数的设备，具有写入速度快、数据存储容量大、可靠性高等优点。模拟试验证明可以满足测量要求，可以实现现有爆炸试验过程的数据记录，具有较高的经济效益。