前言

鐵電記憶體（FRAM）現正成為許多設計工程師所喜歡的非揮發性記憶體。隨著記憶體技術漸趨成熟，已由獨立的形式轉變為嵌入式，市場對嵌入式FRAM的興趣也越來越濃，而本文將描述嵌入式FRAM 的應用實例。

FRAM三個明顯的優勢使其日益受到歡迎，第一是其執行寫操作的速度與讀操作的速度一樣快。就總線速度寫入而言，FRAM對寫入資料變成非揮發性資料並沒有任何延遲。這一點與基於浮柵技術的非揮發性記憶體不同，後者具有較長的寫入延遲。舉例說，對典型的電子可擦除唯讀記憶體（EEPROM）的寫操作，在資料寫入至輸入緩存之後，需要10毫秒才能使該寫入有效。此外由於FRAM沒有首選或預設狀態，並不需要擦除操作，與其他隨機記憶體（RAM）技術一樣，如SRAM寫入資料時無需考慮以前的狀態。

第二，FRAM 實際上不限制抹寫操作次數，不像其他非揮發性記憶體那樣抹寫操作次數多了就會失效。當抹除次數太多時，浮柵元件便不再能保持資料。這是一種硬故障。失效的EEPROM或快閃記憶體無法儲存編程狀態。而FRAM則不會出現這種失效。

第三，FRAM的運行無需電荷泵因此能夠降低功耗。浮柵技術使用較高電壓以編程新的狀態，因此寫操作比讀操作消耗更多的電能。FRAM以更加先進的處理過程進行寫操作，該電壓為5V、3V或更低。此外，當較低的功耗乘以更快的寫入速度時，FRAM所消耗電能會降低幾個數量級。

當系統必須頻繁或者快速地寫入資料時，上述這些優勢對於寫操作密集的應用的系統設計人員均有大幫助。對於讀操作密集的應用，FRAM沒有特別的優勢。

作為系統內可編程非易失性記憶體，FRAM可作為任何其他記憶體的替代產品，包括快閃記憶體或EEPROM。然而，當與這些其他記憶體技術比較，該技術並未成熟且較為昂貴。因此，通常在上述三種優勢均用到的應用場合，才會使用這種技術。這些應用是抹寫操作密集的應用，其特徵為資料獲取頻繁或有可能經常變化配置的資料。這種優點適合在維護成本較高的應用，其最好採用無故障機制的方案。

嵌入式記憶體優勢

FRAM的優勢可以從獨立的記憶體上體現，那麼為什麼要嵌入式FRAM呢？

與獨立的記憶體比較，嵌入式記憶體能夠提供更高的性能，藉由高速的記憶體匯流排與減少使用晶片外的I/O。32位元或更大的匯流排頻寬很容易在晶片上實現，但是對於分立記憶體而言，存在封裝及晶片介面互接方面的難題。如省去晶片與晶片之間的介面，可將迴圈時間減少10至15奈秒。

例如，一個具有16位元結構、迴圈時間為55奈秒的FRAM，其記憶體的頻寬約為每秒2.9億位元。在一個嵌入式微控制器上實施相同的內核技術，可以省去晶片至晶片的介面，進而實現40奈秒的迴圈時間。採用具有32位元匯流排寬度的存儲陣列，使用相同的技術，每秒便能傳送8億位元資料，速度可以提高2.75倍。

嵌入式FRAM簡化了系統設計。它可讓設計人員去除MCU的快閃記憶體、RAM及EEPROM之間因這些技術的性能不同而自然產生的固定分區。舉例說，如果應用程式的容量超過晶片快閃記憶體的容量，通常不可能分配使用SRAM記憶體。同樣地，即使SRAM容量不足，也不會使用快閃記憶體作為工作記憶體區使用。單個FRAM陣列便能執行所有這些類型記憶體任務，並消除分區。

在一個典型的8位元微控制器中具有16KB快閃記憶體、1KB SRAM及256B EEPROM。在這種情形下，如果程式、工作資料或配置資料的單項要求增加超過了特定記憶體的容量，則必須更換MCU。只要所有類型記憶體的總容量不超過16KB FRAM的容量，設計人員便可將其用於任何用途。除此之外更可節省該FRAM記憶體的外部介面，以簡化硬體並減少佔用的PCB空間。

FRAM簡化設計

使用FRAM能夠簡化系統設計，這意味著對於一般的MCU而言，設計人員都喜歡使用FRAM，而不是採用多種嵌入式記憶體。FRAM通常用於需要發揮其獨特性能最大限度的應用，包括資料密集型應用，如車載DVD播放器及工業位置感測器。

例如，連續播放功能使DVD播放器能夠記住停電時碟片的位置。家用播放器持續有電，因此可在SRAM中保留資料。在攜帶型產品或汽車環境中使用備用電源，因此可能完全斷電。所以，這些情況都需要非揮發性記憶體。由於DVD位置跟蹤資訊大約每三秒存儲一次，如果使用其他類型記憶體，將會發生失效。對於工業位置傳感裝置而言，位置資訊產生太快，因而無法容忍快閃記憶體或EEPROM的寫入延遲等待。

多晶片封裝方法

面對嵌入式記憶體與獨立記憶體間的性能差別間隙，一種填補方法是使用多晶片封裝（MCP）技術。如果元件是針對MCP方式而設，與獨立的情況相比較，這種封裝使得處理器與記憶體之間的結合得更緊密。雖然不能獲得嵌入式記憶體的所有優勢，但是相對於獨立記憶體而言，這是一種改進。

如果該處理器至記憶體的介面是針對MCP封裝設計，該記憶體更可以映射作為一個處理器資源，而非外部元件。從硬體的角度來看，多封裝內記憶體的工作方式與嵌入式記憶體的工作方式相同。儘管存在兩個晶元，但是處理器和記憶體變得不可分割。其速度可以比分立式方案更快，這取決於裸片與裸片間的介面，當然不如真正的嵌入式記憶體快。

MCP封裝減小了PCB空間並簡化了設計。而真正的嵌入式FRAM與MCP封裝元件之間的折衷權衡是性能。只有終端應用才能決定採用哪種方法最好。如果使用FRAM的主要原因是簡單性、低功耗或高寫入次數，那麼MCP方案就兩全其美。記憶體的劃分因為MCP方案的現實而消除。

結論

FRAM具備的多個特性將繼續使其受到市場歡迎。隨著FRAM技術進入主流記憶體技術，市場將出現更多的嵌入式記憶體選擇。如本文所強調，具體應用不同，使用嵌入式記憶體所獲得的優勢也有所不同，只有最終應用才可決定哪種方法最好。

---作者為Ramtron International營銷副總裁---