FRAM：智能電表應(yīng)用中的低功耗非易失性存儲(chǔ)器

　　鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化、關(guān)鍵任務(wù)空間應(yīng)用、高可靠性軍事和各種汽車應(yīng)用。FRAM的特性不僅使其適用于上述應(yīng)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(yīng)用的可靠選擇。

　　(圖1)：高端非易失性存儲(chǔ)器對(duì)比

　　電子設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員必須考慮增加功能，同時(shí)減少系統(tǒng)的功率預(yù)算，以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)久的電池壽命。但是與此同時(shí)，嵌入式軟件正變得日益復(fù)雜，需要配備更多的存儲(chǔ)器，但這一點(diǎn)對(duì)功耗也有了進(jìn)一步要求。

　　一般來講，智能電表將計(jì)費(fèi)和使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在安全的NV存儲(chǔ)器內(nèi)。FRAMs具有出色的防篡改特點(diǎn)，并且單元結(jié)構(gòu)可防止未經(jīng)授權(quán)讀取數(shù)據(jù)，因而很好地確保了安全性。傳統(tǒng)類型的存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為電荷，未經(jīng)授權(quán)者可通過掃描進(jìn)行篡改。FRAM將數(shù)據(jù)作為極化狀態(tài)進(jìn)行存儲(chǔ)，因此具有較少的暴露和被篡改的風(fēng)險(xiǎn)。

　　電表的典型框圖

　　( Block Diagram 框圖 F-RAM鐵電存儲(chǔ)器 Tamper sensor篡改感應(yīng)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 Wireless無線 Nonvolatile memory: 非易失性存儲(chǔ)器 Wired I/O 有線輸入/輸出接口)

　　與其他非易失性存儲(chǔ)設(shè)備相比，F(xiàn)RAM具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：

　　1. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，無寫入延遲或預(yù)備時(shí)間：EEPROM和NOR閃存都有寫入延遲(5ms到10ms)，導(dǎo)致無法進(jìn)行數(shù)據(jù)字節(jié)寫入。在需要快速記錄計(jì)費(fèi)信息或關(guān)鍵的時(shí)間標(biāo)記信息等時(shí)候，F(xiàn)RAM速度快于任何其他非易失性存儲(chǔ)器。

　　2. 近無限耐久性: 例如，賽普拉斯的FRAMS具有100萬億次的寫入周期耐久性。這種高耐久性是頻繁寫入系統(tǒng)不可或缺的。由于存儲(chǔ)“區(qū)間數(shù)據(jù)”(用戶電力使用、峰值功率、收費(fèi)信息)變得愈加頻繁，設(shè)計(jì)也日趨復(fù)雜，損耗平衡會(huì)增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。

　　3. 低寫入功耗：如圖1所示，F(xiàn)RAM的瞬時(shí)寫入和低有效寫入電流的特性，使得依靠電池運(yùn)行的系統(tǒng)可更為輕松地延長(zhǎng)其運(yùn)行壽命。

　　4. 安全可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：收費(fèi)信息是非易失性存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)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(fèi)真實(shí)性的難題。FRAM具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全的固有優(yōu)勢(shì)，有助靈活實(shí)施和簡(jiǎn)化基于閃存或EEPROM的設(shè)計(jì)。

　　總結(jié)來說，與NOR閃存、EEPROM、采用電池的傳統(tǒng)靜態(tài)存儲(chǔ)器等其他同類技術(shù)相比，鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)可降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)效率，降低復(fù)雜性，而且大大降低功耗。