FM25L04B：高性能4-Kbit串行F-RAM的卓越之选

在电子设计领域，非易失性存储器的选择至关重要，它直接影响着系统的性能、可靠性和使用寿命。今天，我们来深入了解一款备受关注的产品——FM25L04B 4-Kbit串行F-RAM。

文件下载：FM25L04B-GTR.pdf

产品概述

FM25L04B是一款由Cypress（现属英飞凌）开发的4-Kbit非易失性铁电随机存取存储器（F-RAM），逻辑上组织为512 × 8位。它采用先进的铁电工艺，具备诸多出色特性，为需要频繁或快速写入的非易失性存储器应用提供了理想解决方案。

产品特性

高耐久性与长数据保留

FM25L04B拥有高达100万亿（$10^{14}$）次的读写循环耐力，这意味着它能够在长时间内稳定地进行读写操作，大大延长了产品的使用寿命。同时，它还能提供151年的数据保留期，确保数据的长期可靠性。相比之下，传统的EEPROM在耐久性方面远远不及FM25L04B，这使得FM25L04B在对数据保留和读写次数要求较高的应用中具有明显优势。

无延迟写入

与串行闪存和EEPROM不同，FM25L04B能够以总线速度执行写入操作，无需写入延迟。每个字节成功传输到设备后，数据会立即写入存储阵列，下一个总线周期可以立即开始，无需进行数据轮询。这种无延迟写入特性使得系统能够更高效地运行，提高了数据处理速度。

高速SPI接口

该产品支持高达20 MHz的频率，通过高速串行外设接口（SPI）与主机进行通信。它支持SPI模式0（0, 0）和模式3（1, 1），并且可以直接替代串行闪存和EEPROM，为系统升级提供了便利。许多常见的微控制器都具有硬件SPI端口，可直接与FM25L04B进行接口，对于没有硬件SPI端口的微控制器，也可以使用普通端口引脚轻松模拟SPI端口。

复杂的写保护方案

FM25L04B具备多层次的写保护功能，通过硬件和软件相结合的方式确保数据的安全性。硬件保护通过写保护（$overline{WP}$）引脚实现，当该引脚为低电平时，整个器件将被写保护；软件保护则通过写禁用指令和状态寄存器中的块保护位（BP1和BP0）实现，可以对1/4、1/2或整个存储阵列进行写保护。

低功耗设计

在功耗方面，FM25L04B表现出色。在1 MHz时钟频率下，其工作电流仅为200 μA，待机电流典型值为3 μA，并且支持2.7 V至3.6 V的低电压操作。这种低功耗特性使得FM25L04B非常适合用于对功耗要求较高的应用场景，如电池供电设备。

引脚定义与功能

FM25L04B采用8引脚封装，包括SOIC和DFN两种封装形式。每个引脚都有其特定的功能，下面为大家详细介绍：	引脚名称	类型	描述
$overline{CS}$	输入	芯片选择，低电平有效。当该引脚为高电平时，器件进入低功耗待机模式；当为低电平时，器件被激活。
SCK	输入	串行时钟，所有I/O活动都与该时钟同步。
SI	输入	串行输入，所有数据通过该引脚输入到器件。
SO	输出	串行输出，用于输出数据。
$overline{WP}$	输入	写保护，低电平有效。用于防止所有写操作，包括状态寄存器的写入。
$overline{HOLD}$	输入	HOLD引脚，用于暂停当前的存储器操作。
VSS	电源	器件接地引脚。
VDD	电源	器件电源输入引脚。
EXPOSED PAD	无连接	8引脚DFN封装底部的暴露焊盘，不与芯片连接，不应焊接在PCB上。

操作模式

命令结构

总线主机可以向FM25L04B发出六种命令（操作码），这些操作码控制着存储器的各种功能，具体如下：	名称	描述	操作码
WREN	设置写使能锁存器	00000110b
WRDI	复位写使能锁存器	00000100b
RDSR	读取状态寄存器	00000101b
WRSR	写入状态寄存器	00000001b
READ	读取存储器数据	0000 A011b
WRITE	写入存储器数据	0000 A010b

写操作

所有对存储器的写入操作都从发送WREN操作码开始。WRITE操作码包含存储器地址的高位，后续字节为地址的低8位和数据字节。地址会在内部自动递增，直到达到最后一个地址（1FFh）后会回滚到000h。当写操作到达受保护的块地址时，自动地址递增将停止，后续的数据字节将被忽略。

读操作

读操作从发送READ操作码开始，操作码同样包含存储器地址的高位。发送操作码和地址后，器件将在接下来的八个时钟周期内输出读取的数据。地址也会在内部自动递增，数据按MSB优先顺序读取。

HOLD引脚操作

HOLD引脚可用于暂停串行操作而不中止它。当主机将HOLD引脚拉低（同时SCK为低电平）时，当前操作将暂停；当HOLD引脚拉高（同时SCK为低电平）时，操作将恢复。

电气特性

最大额定值

在使用FM25L04B时，需要注意其最大额定值，以确保器件的正常工作和使用寿命。例如，存储温度范围为 -65 °C至 +125 °C，电源电压范围为 -1.0 V至 +5.0 V等。

直流电气特性

在工作范围内，FM25L04B的电源电压为2.7 V至3.6 V，工作电流和待机电流会根据时钟频率和引脚状态的不同而有所变化。输入和输出的泄漏电流非常小，确保了器件的低功耗特性。

交流开关特性

FM25L04B的交流开关特性包括时钟频率、时钟高电平和低电平时间、芯片选择建立和保持时间等参数。这些参数确保了器件在高速通信时的稳定性和可靠性。

勘误说明

需要注意的是，FM25L04B存在一个勘误问题，即在执行地址范围从0x100到0x1FF的存储器写操作（WRITE）后，状态寄存器中的写使能锁存器（WEL）位不会清除。不过，这个问题对系统的影响较小，仅允许在不发送WREN命令的情况下进行后续写入操作。为了确保WEL位在每次写入后被清除，可以在每个写周期结束（$overline{CS}$变高后）由SPI主机控制器发出写禁用（WRDI）操作码。

总结

FM25L04B凭借其高耐久性、无延迟写入、高速SPI接口、复杂的写保护方案和低功耗设计等特性，成为了非易失性存储器应用的理想选择。无论是数据采集、工业控制还是其他需要频繁或快速写入的应用场景，FM25L04B都能够提供可靠的数据存储解决方案。作为电子工程师，在设计系统时，我们应该充分考虑这些特性，合理选择和使用FM25L04B，以提高系统的性能和可靠性。你在实际项目中是否使用过类似的F-RAM器件？遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享你的经验和见解。