电子工程师必备：探秘FM25L16B 16-Kbit串行F-RAM

在电子工程师的日常设计工作中，选择一款合适的非易失性存储器至关重要。今天我们就来详细了解一款性能卓越的产品——FM25L16B 16 - Kbit串行（SPI）F - RAM，看看它能为我们的设计带来哪些惊喜。

文件下载：FM25L16B-GTR.pdf

产品背景与延续性

Cypress是Infineon Technologies旗下的公司。虽然现在由Infineon提供该产品，但原“Cypress”文档内容不会受影响。未来若有修订，会在文档历史页面说明，且现有的产品订购编号也会继续得到支持。所以工程师们不用担心产品供应和文档资料的连续性问题。

FM25L16B产品特性亮点

1. 存储性能领先

• 大容量与高寿命：它拥有16 - Kbit的铁电随机存取存储器（F - RAM），逻辑上组织为2K × 8。关键是其读写耐久性极高，可达100万亿（$10^{14}$）次读写，数据保留时间长达151年。想象一下，在一些需要长期保存数据且频繁读写的应用场景中，它的优势就十分明显了。
• 无延迟写入：采用NoDelay™写入技术，不像传统的串行闪存和EEPROM，写入操作能在总线速度下完成，没有写入延迟。数据在成功传输到设备后会立即写入存储阵列，下一个总线周期无需数据轮询即可开始。

2. 高速接口优势

• 高频SPI接口：具备非常快速的串行外设接口（SPI），频率最高可达20 MHz。这使得它能与许多常见的微控制器直接接口，即使微控制器没有硬件SPI端口，也能用普通端口引脚轻松模拟。
• 多模式支持：支持SPI模式0（0, 0）和模式3（1, 1），能适应不同的系统设计需求。

3. 完善的保护机制

• 硬件与软件保护结合：有复杂的写保护方案，包括使用写保护（WP）引脚进行硬件保护，以及使用写禁用指令进行软件保护。还能对1/4、1/2或整个阵列进行软件块保护，有效防止数据被误写。

4. 低功耗与宽范围特性

• 低功耗运行：功耗非常低，在1 MHz时的活动电流为200 μA，待机电流典型值为3 μA。
• 宽电压与温度范围：工作电压范围为$V_{DD}=2.7 ~V$到3.6V，能在 - 40 °C到 + 85 °C的工业温度范围内正常工作。

5. 多样的封装形式

提供8 - 引脚小外形集成电路（SOIC）封装和8 - 引脚薄型双扁平无引脚（DFN）封装，并且符合有害物质限制（RoHS）标准，满足不同的设计和环保要求。

功能与架构解析

功能概述

FM25L16B是一款串行F - RAM存储器，其存储阵列逻辑上为2,048 × 8位，通过行业标准的串行外设接口（SPI）总线访问。与具有相同引脚排列的串行闪存或EEPROM相比，它在写性能、耐久性和功耗方面具有明显优势。

内存架构

访问时，用户可对2K个8位数据位置进行寻址，这些数据通过SPI协议串行移入或移出。地址由11位组成，但前5位为“无关”值，完整地址能唯一指定每个字节地址。而且它的访问时间几乎为零，读写速度取决于SPI总线速度，无需像串行闪存或EEPROM那样轮询设备的就绪状态。

SPI总线接口

作为SPI从设备，它能以高达20 MHz的速度运行。SPI是一个四引脚接口，包括片选（$overline{CS}$）、串行输入（SI）、串行输出（SO）和串行时钟（SCK）引脚。该设备支持SPI模式0和3，数据在SCK的上升沿锁存到F - RAM中，输出数据在SCK的下降沿可用。

操作命令与流程

命令结构

总线主设备可向FM25L16B发出六种命令（操作码），包括WREN（设置写使能锁存器）、WRDI（复位写使能锁存器）、RDSR（读取状态寄存器）、WRSR（写入状态寄存器）、READ（读取内存数据）和WRITE（写入内存数据）。

写操作

所有写操作都从WREN操作码开始，接着是包含11位地址的两字节地址，后续为要写入的数据字节。地址会在总线主设备持续提供时钟且$overline{CS}$为低电平时自动递增。若写入受保护块地址，自动地址递增会停止，后续数据将被忽略。

读操作

在$overline{CS}$下降沿后，总线主设备发出READ操作码和两字节地址，设备会在接下来的八个时钟周期内输出读取的数据。地址同样会在满足条件时自动递增，$overline{CS}$上升沿终止读操作。

HOLD引脚操作

HOLD引脚可用于暂停串行操作而不中止它。当总线主设备在SCK为低电平时将HOLD引脚拉低，当前操作会暂停；在SCK为低电平时将HOLD引脚拉高，操作将恢复。

电气特性与参数

最大额定值

包括存储温度（ - 65 °C到 + 125 °C）、电源电压（ - 1.0 V到 + 5.0 V）、输入电压等参数，超出这些额定值可能会缩短设备使用寿命。

直流电气特性

涵盖电源电压、电源电流、输入输出泄漏电流、输入输出高低电压等参数，这些参数是保证设备正常工作的关键。

数据保留和耐久性

在不同温度下有不同的数据保留时间，如在85 °C时至少为10年，75 °C时为38年，65 °C时为151年。耐久性方面，在整个工作温度范围内可达$10^{14}$个周期。

交流测试条件与开关特性

规定了输入脉冲电平、上升和下降时间、输入输出时序参考电平等条件，以及时钟频率、时钟高低时间、片选建立和保持时间等交流开关特性参数。

订购与技术支持

订购信息

提供了不同的订购代码，如FM25L16B - G、FM25L16B - GTR等，对应的封装图编号和工作范围也有明确说明，且这些部件均为无铅产品。

技术支持

Cypress拥有全球销售和设计支持网络，工程师们可访问Cypress Locations查找最近的办事处。同时，还提供丰富的产品系列和技术支持渠道，如PSoC®解决方案、Arm® Cortex®微控制器等。

总的来说，FM25L16B 16 - Kbit串行F - RAM凭借其出色的性能、完善的保护机制和丰富的功能，是电子工程师在非易失性存储器设计中的一个优质选择。大家在实际设计中不妨考虑一下这款产品，看看它能为你的项目带来怎样的提升。你在使用类似存储器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。