嵌入式系统中的EEPROM和FRAM

Posted 2021-09-04 英尚微电子

对于所有基于微控制器的嵌入式系统而言，存储器都是其中的主要元件。例如开发人员需要足够的ram以存储所有易失性变量、创建缓冲区以及管理各种应用堆栈。RAM对于嵌入式系统相当重要，同样，开发人员也需要一定空间用于存储应用代码、非易失性数据和配置信息。

EEPROM往往是开发人员最先、最常考虑用于嵌入式系统的存储器件。在嵌入式应用中，这类非易失性存储器通常用于存储系统配置参数。例如，连接至CAN总线网络的设备可能会将CAN ID存储于EEPROM。

EEPROM的以下特性使其成为嵌入式系统开发人员的理想之选：
•小封装尺寸
•相对实惠的价格
•100kbps至1000kbps的典型比特率范围
•标准化电气接口
•通常支持I2C和SPI接口

值得注意的是，某些MCU微控制器中也包含EEPROM。因此配置需求不能超过4KB，否则开发人员就需要使用外部存储器件，或使用微控制器的闪存来模拟EEPROM以扩展容量。

尽管EEPROM深受青睐，却也存在一些潜在缺陷：
•擦/写操作寿命通常为1,000,000次
•写周期约为500ns
•写入单个数据单元需要多条指令
•数据保存期为10年以上（近期的产品可达100年以上）
•易受辐射和高工作温度影响

EEPROM适合的应用众多，但对于汽车、医疗或航天系统等可靠性要求较高的应用，开发人员则希望使用FRAM等更可靠的存储器解决方案。

FRAM是“铁电随机存取存储器”的缩写，相较于EEPROM存储器，颇具优势：
•速度更快（写周期小于50ns）
•写操作寿命更长（高达1万亿次，EEPROM仅为100万次）
•功率较低（工作电压只需1.5V）
•辐射耐受性更强

FRAM的存储容量与EEPROM相当。例如，Cypress的FRAM系列容量范围从4Kb至4Mb。其中，FM25L16B-GTR容量为16Kb。该器件采用8引脚SOIC封装，工作频率可达20MHz。

针对高端产品，Cypress推出容量为4Mb，支持的接口速度高达40MHz的铁电RAM。这款FRAM存储器具有以下特性：
•151年数据保存期
•100万亿次读/写
•直接替代串行闪存和EEPROM

正如您所猜想，FRAM的价格比EEPROM昂贵，因此选择适合应用的存储器时，务必仔细权衡器件的各种工作环境因素。