深入解析Cypress FM18W08 F-RAM內(nèi)存：特性、功能與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，選擇合適的內(nèi)存對(duì)于系統(tǒng)的性能和可靠性至關(guān)重要。Cypress的FM18W08 256 - Kbit（32 K × 8）寬電壓字節(jié)型F - RAM內(nèi)存以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在非易失性內(nèi)存市場(chǎng)中脫穎而出。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討這款內(nèi)存的特性、功能以及設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的要點(diǎn)。

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一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 卓越的耐用性與數(shù)據(jù)保留能力

FM18W08擁有高達(dá)100萬(wàn)億（(10^{14})）次的讀寫耐力，這意味著它能夠承受頻繁的讀寫操作而不會(huì)出現(xiàn)性能下降。同時(shí)，它的數(shù)據(jù)保留時(shí)間超過(guò)151年，即使在斷電的情況下，數(shù)據(jù)也能安全保存，這為需要長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供了可靠的解決方案。

2. 無(wú)延遲寫入

與其他非易失性內(nèi)存技術(shù)不同，F(xiàn) - RAM不存在寫入延遲。由于其底層內(nèi)存的讀寫訪問(wèn)時(shí)間相同，用戶在總線上不會(huì)感受到任何延遲，整個(gè)內(nèi)存操作可以在一個(gè)總線周期內(nèi)完成。這使得在頻繁或快速寫入的應(yīng)用場(chǎng)景中，F(xiàn)M18W08表現(xiàn)得尤為出色。

3. 與SRAM和EEPROM兼容

該產(chǎn)品具有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的32 K × 8 SRAM和EEPROM引腳布局，并且操作方式與標(biāo)準(zhǔn)SRAM相似，因此可以直接替代系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)SRAM，無(wú)需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模的修改。

4. 高性能與低功耗

FM18W08的訪問(wèn)時(shí)間為70 ns，周期時(shí)間為130 ns，能夠滿足高速數(shù)據(jù)讀寫的需求。同時(shí)，它的功耗較低，有源電流最大為12 mA，待機(jī)電流典型值為20 μA，有助于降低系統(tǒng)的整體功耗。

5. 寬電壓與工業(yè)溫度范圍

它支持2.7 V至5.5 V的寬電壓操作，并且能夠在 - 40 °C至 + 85 °C的工業(yè)溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。

6. 封裝與環(huán)保特性

產(chǎn)品采用28引腳的小外形集成電路（SOIC）表面貼裝封裝，便于安裝和焊接。此外，它還符合有害物質(zhì)限制（RoHS）標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)保性能良好。

二、功能描述

1. 非易失性特性

FM18W08是一種非易失性內(nèi)存，即使在電源移除后，數(shù)據(jù)仍然能夠保留。它消除了電池備份SRAM（BBSRAM）在可靠性、功能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的諸多問(wèn)題，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更簡(jiǎn)單、更可靠的解決方案。

2. 操作方式

其操作方式與其他RAM設(shè)備相似，可以作為標(biāo)準(zhǔn)SRAM的直接替代品。最小讀寫周期時(shí)間相等，并且由于其獨(dú)特的鐵電存儲(chǔ)工藝，使得內(nèi)存具有非易失性。這些特性使得FM18W08非常適合需要頻繁或快速寫入的非易失性內(nèi)存應(yīng)用。

三、邏輯框圖與引腳定義

1. 邏輯框圖

FM18W08的邏輯框圖包含地址鎖存器和解碼器、F - RAM陣列、控制邏輯、I/O鎖存器和總線驅(qū)動(dòng)器等部分。地址鎖存器和解碼器用于選擇F - RAM陣列中的特定字節(jié)，控制邏輯負(fù)責(zé)管理讀寫操作，I/O鎖存器和總線驅(qū)動(dòng)器則用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出。

2. 引腳定義

• 地址輸入引腳（A14 - 0）：15條地址線用于選擇F - RAM陣列中的32,768個(gè)字節(jié)之一。
• 數(shù)據(jù)I/O引腳（DQ7 - 0）：8位雙向數(shù)據(jù)總線，用于訪問(wèn)F - RAM陣列。
• 寫使能引腳（WE）：當(dāng)WE被置為低電平時(shí)，開始一個(gè)寫周期，將數(shù)據(jù)總線上的內(nèi)容寫入由CE下降沿鎖存的地址位置。
• 芯片使能引腳（CE）：當(dāng)CE為低電平時(shí)，設(shè)備被選中，地址將被內(nèi)部鎖存。
• 輸出使能引腳（OE）：當(dāng)OE為低電平時(shí)，在有效讀取數(shù)據(jù)可用時(shí)，F(xiàn)M18W08驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線；當(dāng)OE為高電平時(shí)，DQ引腳處于高阻態(tài)。
• 電源和地引腳（VDD、VSS）：分別為設(shè)備提供電源和接地。

四、設(shè)備操作

1. 讀操作

讀操作從CE的下降沿開始，此時(shí)地址位被鎖存，內(nèi)存周期啟動(dòng)。一旦啟動(dòng)，即使CE變?yōu)闊o(wú)效，內(nèi)部也必須完成一個(gè)完整的內(nèi)存周期。在滿足訪問(wèn)時(shí)間后，數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在總線上。

2. 寫操作

FM18W08支持CE和WE控制的寫周期。在CE控制的寫操作中，WE信號(hào)在內(nèi)存周期開始前被置為低電平；在WE控制的寫操作中，內(nèi)存周期從CE的下降沿開始，WE信號(hào)在CE下降沿之后下降。寫訪問(wèn)在內(nèi)存周期啟動(dòng)后異步開始，并在WE或CE的上升沿結(jié)束。

3. 預(yù)充電操作

預(yù)充電操作是一種內(nèi)部狀態(tài)，用于為新的訪問(wèn)準(zhǔn)備內(nèi)存狀態(tài)。所有內(nèi)存周期都包括內(nèi)存訪問(wèn)和預(yù)充電兩個(gè)階段。用戶通過(guò)將CE信號(hào)置為高電平來(lái)啟動(dòng)預(yù)充電操作，并且CE必須保持高電平至少最小預(yù)充電時(shí)間(t_{PC})。

五、設(shè)計(jì)考慮要點(diǎn)

1. 地址鎖存與CE信號(hào)

與SRAM不同，F(xiàn)M18W08在CE的下降沿鎖存每個(gè)地址，因此地址總線可以在內(nèi)存訪問(wèn)開始后改變。在設(shè)計(jì)時(shí)，用戶不能像對(duì)待SRAM那樣將CE接地，每個(gè)內(nèi)存訪問(wèn)都必須通過(guò)CE的低電平轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行限定。

2. 電源電壓與CE信號(hào)的關(guān)系

F - RAM在任何符合指定工作范圍的(V{DD})電平下都不會(huì)阻止訪問(wèn)，但用戶需要采取措施防止處理器在(V{DD})超出容差范圍時(shí)訪問(wèn)內(nèi)存。建議在電源上下電周期中，將芯片使能引腳拉高并使其跟蹤(V{DD})，以確保在(V{DD})低于最小值（2.7 V）時(shí)防止訪問(wèn)。

3. 上拉電阻的使用

為了確保在電源周期中CE和WE引腳保持高電平，可以使用上拉電阻。上拉電阻的值應(yīng)選擇為確保引腳能夠跟蹤(V_{DD})到足夠高的值，同時(shí)在引腳為低電平時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的電流。

六、電氣特性與參數(shù)

1. 最大額定值

包括封裝功耗能力、表面貼裝鉛焊接溫度、直流輸出電流、靜電放電電壓和閂鎖電流等參數(shù)，超過(guò)這些額定值可能會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命。

2. 工作范圍

支持工業(yè)溫度范圍 - 40 °C至 + 85 °C，以及2.7 V至5.5 V的電源電壓。

3. 直流電氣特性

涵蓋電源電壓、電源電流、輸入輸出泄漏電流、輸入高低電壓、輸出高低電壓等參數(shù)，這些參數(shù)在工作范圍內(nèi)進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。

4. 數(shù)據(jù)保留與耐力

在不同溫度下，數(shù)據(jù)保留時(shí)間有所不同，在 + 65 °C時(shí)可達(dá)151年。讀寫耐力超過(guò)(10^{14})個(gè)周期。

5. 交流開關(guān)特性

包括SRAM讀周期和寫周期的各種時(shí)間參數(shù)，如芯片使能訪問(wèn)時(shí)間、讀周期時(shí)間、預(yù)充電時(shí)間等，這些參數(shù)在不同的電源電壓范圍內(nèi)有所差異。

七、總結(jié)

Cypress的FM18W08 F - RAM內(nèi)存以其高耐用性、無(wú)延遲寫入、與SRAM和EEPROM兼容等特性，為非易失性內(nèi)存應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)時(shí)，工程師需要充分考慮地址鎖存、電源電壓與CE信號(hào)的關(guān)系等要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。希望通過(guò)本文的介紹，能幫助大家更好地了解和應(yīng)用這款內(nèi)存產(chǎn)品。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，有沒(méi)有遇到過(guò)類似內(nèi)存的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。