ОЗУ типа FRAM.

ОЗУ типа FRAM.

                FRAM – оперативное энергонезависимое ЗУ, сочетающее высокое быстродействие и малую потребляемую мощность, присущие ОЗУ, со свойством хранения данных при отсутствии приложенного напряжения. В сравнении с EEPROM и Flash-памятью время записи данных в ЗУ этого типа и потребляемая мощность намного меньше (менее 70 нс против нескольких миллисекунд), а ресурс по циклам записи намного выше (не менее 10¹¹ против 10⁵…10⁶ циклов для EEPROM).

                FRAM должна стать в ближайшем будущем самой популярной памятью в цифровых устройствах. FRAMбудет отличаться не только быстродействием на уровне DRAM, но и возможностью сохранять данные при отключении энергии. Словом, FRAM может вытеснить не только медленную Flash, но и обычную ОЗУ типаDRAM. Сегодня ферроэлектрическая память находит ограниченное применение, к примеру, в RFID-тэгах. Ведущие компании, в числе которых Ramtron, Samsung, NEC, Toshiba, активно развивают FRAM. Примерно к 2015 году на рынок уже должны были поступить n-гигабайтные модули FRAM.

                Указанные свойства FRAM обеспечивает сегнетоэлектрик (перовскит), используемый в качестве диэлектрика накопительного конденсатора ячейки памяти. При этом сегнетоэлектрическое ЗУ хранит данные не только в виде заряда конденсатора (как в традиционных ОЗУ), но и виде электрической поляризации кристаллической структуры сегнетоэлектрика. Сегнетоэлектрический кристалл имеет два состояния, которые могут соответствовать логическим 0 и 1.

                Термин FRAM еще не устоялся. Первые FRAM получили название – ферродинамические ОЗУ. Однако в настоящее время в качестве запоминающих ячеек используется сегнетоэлектрик и сейчас FRAM часто называют сегнетоэлектрическим ОЗУ.

                Первые FRAM имели 2Т/2С-архитектуру (рис. 1, a), на основе которой выполняется и большинство современных микросхем сегнетоэлектрической памяти. Ячейка такого типа, в которой каждому биту соответствует индивидуальный опорный бит, позволяет определить разницу зарядов с высокой точностью. А благодаря считыванию дифференциального сигнала исключается влияние разброса параметров конденсаторов ячеек. Позже появились FRAM с архитектурой 1Т/1С (рис. 1, б). Достоинство микросхем с такой архитектурой – меньшая, чем в обычных схемах площадь ячейки и, следовательно, меньшая стоимость микросхемы в пересчете на единицу информационной емкости.

                На рис. 2 приведена структурная схема сегнетоэлектрического ОЗУ (FRAM) объемом 1 Мбит и параллельным интерфейсом доступа FM20L08 фирмы Ramtron. 

FM20L08 – энергонезависимая память с организацией 128К×8, которая считывается и записывается подобно стандартному статическому ОЗУ. Сохранность данных обеспечивается в течение 10 лет, при этом, нет необходимости задумываться о надежности хранения данных (неограниченная износостойкость), упрощается проектирование системы и исключается ряд недостатков альтернативного решения энергонезависимой памяти на основе статического ОЗУ с резервным батарейным питанием. Быстрота записи и неограниченное количество циклов перезаписи делают FRAM лидером по отношению к другим типам энергонезависимой памяти.

а)

б)

Рис. 1. Ячейка памяти типа 2Т/2С (а) и 1Т/1С (б)

Рис. 2. Структурная схема FRAM FM20L08.