F-RAM与BBSRAM功能和系统设计之比较

引言

　　高性能和环保是当前技术创新的两大要求。二者共同推动半导体元器件的发展，同时也为全球众多企业和消费者所耳熟能详。

　　若系统设计需要采用半导体存储器技术，工程师有(但不限于)以下选择：电池备份静态随机存储器(battery backed static random access memory, BBSRAM);非易失性SRAM;铁电随机存取存储器(F-RAM);以及其它noVRAM技术。在从工厂自动化和电信到计量和医疗技术的每一种应用中，要确定最适合的存储器选择，是一项重要的设计考虑事项。

　　本文将阐释F-RAM 和 BBSRAM存储器之间的功能差异和设计差异。本文还会特别强调F-RAM如何能够为设计人员提供具备成本优势和更简化的系统及维护的前瞻性的环保选择方案。

　　在许多数据记录应用中，BBSRAM存储器都扮演了重负荷芯片的角色。BBSRAM易于使用，耐久性高，写入速度快，但它的最大缺点是需要电池。而电池既给环境造成有害影响，也给设计和系统带来障碍。

　　而F-RAM是一种成熟的半导体技术，具有写入速度极快、耐久性高和功耗超低等特性。F-RAM固有非易失性的特点，性能堪比SRAM，却又无需电池，这些都在设计和功能方面为工程师提供了显著的优势。

　　去掉电池还有助于工程师在系统设计中节省空间。只要采用F-RAM，就不必为担心电池受标准焊接工艺损害而对之进行专门处理，从而节省成本。在当今环保意识高涨的全球文化氛围中，F-RAM无需电池更换和处理工序，减少了电池带来的污染，是一种更为环保的解决方案。

　　下文将对F-RAM 和 BBSRAM进行了比较分析，强调了这两种存储器选择之间的功能和设计差异，以及它们对生态、成本和性能的相关影响。

　　BBSRAM存储器

　　BBSRAM需要电池(一般是锂电池)用以在外部供电出现故障或关断时供电。另外，它也不可能采用回流焊工艺，因为电池可能因此发生泄漏甚至爆炸。

　　BBSRAM还需遵循欧盟有害物质限用指令(RoHS)，这可能会给设计工程师带来极大的困难。RoHS指令在2003年2月份开始实施，是欧盟制定的一项法令，限制了某些电子电气产品制造过程中对6种有害材料的使用。

　　虽然存在上述各种艰巨挑战，若系统需要每秒数千次的访问速度，BBSRAM仍不失为一种理想选择。BBSRAM中的静态RAM 允许无限的读写次数，非常适合那些需要频繁读写的存储器应用。

　　BBSRAM电路大致由5个部分组成：低功耗SRAM，电压感测电路，电池切换电路，3V的锂离子电池或3.6V的锂亚硫酰氯(Li-SOCI2)电池(取决于SRAM的密度和电池寿命)，可选的实时时钟(RTC)。

　　利用这些组件，一个典型的BBSRAM模块生产流程包括大约5个工艺步骤：

　　第一步：在PCB上以SMT方式安装SRAM、控制器和电容，再进行回流焊接。

　　第二步：电路内测试开路 /短路。

　　第三步：手工安装和焊接通孔锂电池。

　　第四步：把PCBA封装在塑料外壳中，再用环氧树脂密封。

　　第五步：终测和封装。

　　BBSRAM模块图示总结如下：

　　● 所有供应商的双列直插式封装(DIP)BBSRAM模块都是引脚兼容。

　　● 所有 BBSRAM 模块都保证有10年的电池寿命。

　　● 备有ECOPACK 或 PowerCap 封装以满足对更小外形尺寸的要求。

　　● 意法半导体公司(STMicroelectronics) 提供有三款ECOPACK 封装BBSRAM 模块，容量为64Kbit 和 256Kbit 。

　　● 美信(Maxim) 提供有6款PCAP34 封装BBSRAM 模块，容量为256Kbit、1Mbit 和 4Mbit。

　　● 意法、美信 和德州仪器都支持3.3V 和 5V BBSRAM 模块，速度介乎70ns 到 200ns。

　　BBSRAM典型应用示于表1。

　　BBSRAM 为这些相关应用提供了众多显著优势。不过，电池切换电路的存在不单带来了相当大的设计限制和设计漏洞，同时也带来了重大环境问题。而越来越严格的环保法令(尤其是在欧盟)和商业规范，更使这些带来环境问题的技术几乎无容身之地。

　 F-RAM存储器

　　相比其它半导体技术选案，F-RAM具有众多独特的特性。

　　与BBSRAM相比较，F-RAM的优点是出色的性能、可靠性和速度，且无电池羁绊。

　　成熟的半导体存储器分为两类：易失性和非易失性。易失性存储器主要包括静态随机存取存储器(SRAM)和动态存取存储器(DRAM)。RAM型器件易于使用，性能高，但有一个共同的缺陷，就是断电时存储数据会丢失。

　　另一方面，非易失性F-RAM 具有与RAM器件差不多的性能，但在电源关断或中断时可以保存数据。F-RAM内的每一个存储单元都包含了一片铅锆钛 (PZT)铁电薄膜，一般被称为PZT。该晶体有两个稳定状态。当加载电场时，锆(Zr) 或钛(Ti)原子的位置会改变。读取电路根据电压差检测出原子的极性，确定是0还是1。即使去掉电场之后，每一个方位仍保持在原位，从而无需定期刷新即可保存数据。

F-RAM集RAM 和 ROM双方优点于单个封装内，