FM25640B 64 - Kbit 串行 F - RAM：高性能非易失性存储器的理想之选

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的存储器至关重要。今天，我们就来深入了解一下 Infineon（原 Cypress）的 FM25640B 64 - Kbit 串行 F - RAM。

文件下载：FM25640B-G.pdf

一、产品背景与概述

Cypress 已成为 Infineon Technologies 的一部分，但 Infineon 会继续将相关产品纳入其产品组合，为新老客户提供支持。FM25640B 是一款采用先进铁电工艺的 64 - Kbit 非易失性存储器，逻辑上组织为 8K × 8 位，通过行业标准的串行外设接口（SPI）总线进行访问。它在性能上与串行闪存和串行 EEPROM 相似，但在写入性能、耐久性和低功耗方面具有显著优势。

二、产品特性亮点

2.1 铁电存储器特性

• 高耐久性：具备 100 万亿（(10^{14})）次的读写次数，相比 EEPROM 有了极大提升。这使得它在需要频繁读写的应用场景中表现出色，比如数据采集系统，不用担心因读写次数过多而导致存储器损坏。
• 长数据保留时间：在不同温度下有不同的数据保留时间，如在 65°C 时可达到 151 年，为数据的长期保存提供了可靠保障。
• 无延迟写入：与串行闪存和 EEPROM 不同，FM25640B 能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即可立即写入存储阵列，下一个总线周期无需数据轮询即可开始。

2.2 高速 SPI 接口

• 高频操作：支持高达 20 MHz 的频率，可实现高速串行通信，能与许多常见的微控制器直接接口，即使没有硬件 SPI 端口的微控制器，也可使用普通端口引脚模拟。
• 模式支持：支持 SPI 模式 0（0, 0）和模式 3（1, 1），具有较高的灵活性。

2.3 完善的写保护方案

• 硬件保护：通过写保护（WP）引脚实现，当 WPEN 位设置为 ‘1’ 时，该引脚可防止对状态寄存器的写入操作。
• 软件保护：使用写禁用指令和软件块保护功能，可对 1/4、1/2 或整个阵列进行写保护。

2.4 低功耗与宽工作范围

• 低功耗：在 1 MHz 时，工作电流仅为 250 μA，待机电流典型值为 4 μA，非常适合对功耗有严格要求的应用。
• 宽电压与温度范围：工作电压范围为 (V_{DD}=4.5 ~V) 至 5.5 V，工业温度范围为 –40 °C 至 +85 °C，能适应多种恶劣的工作环境。

2.5 其他特性

• 封装形式：采用 8 引脚小外形集成电路（SOIC）封装，便于 PCB 布局和焊接。
• 环保合规：符合有害物质限制（RoHS）标准，满足环保要求。

三、功能详细解析

3.1 引脚功能

引脚名称	输入/输出类型	描述
CS	输入	芯片选择，低电平有效，激活设备；高电平时设备进入低功耗待机模式。
SCK	输入	串行时钟，所有输入输出活动都与该时钟同步，输入在上升沿锁存，输出在下降沿产生。
SI	输入	串行输入，所有数据通过该引脚输入设备，在 SCK 上升沿采样。
SO	输出	串行输出，在读取操作时输出数据，其他时间为高阻态。
WP	输入	写保护，当 WPEN 为 ‘1’ 时，低电平可防止对状态寄存器的写入。
HOLD	输入	用于暂停当前的存储器操作，当 HOLD 为低电平时，操作暂停，高电平时恢复。
VSS	电源	设备接地引脚。
VDD	电源	设备电源输入引脚。

3.2 SPI 总线操作

• SPI 模式：支持 SPI 模式 0 和模式 3，在这两种模式下，数据在 SCK 上升沿锁存到 F - RAM 中，从 CS 引脚变为有效后的第一个上升沿开始。
• 命令结构：总线主设备可向 FM25640B 发出六种命令（操作码），如 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（读取存储器数据）和 WRITE（写入存储器数据）。

3.3 状态寄存器与写保护

状态寄存器为 8 位，用于配置设备的写保护功能。其中，WEL 位指示写使能状态，BP1 和 BP0 位用于控制软件写保护块，WPEN 位控制硬件写保护引脚（WP）的功能。

3.4 存储器操作

• 写入操作：所有写入操作都从 WREN 操作码开始，接着是包含 13 位地址的两字节地址，后续为要写入的数据字节，地址会自动递增。若写入到受保护的块地址，自动地址递增将停止，后续数据将被忽略。
• 读取操作：在 CS 下降沿后，主设备发出 READ 操作码和地址，设备在接下来的八个时钟周期内输出读取的数据，地址同样会自动递增。

3.5 HOLD 引脚操作

HOLD 引脚可在不中止串行操作的情况下暂停操作。当 SCK 为低电平时，将 HOLD 引脚拉低，当前操作暂停；再次将 HOLD 引脚拉高，操作恢复。

四、电气特性

4.1 最大额定值

包括存储温度（–65 °C 至 +125 °C）、电源电压（–1.0 V 至 +7.0 V）、输入电压等参数，超过这些额定值可能会缩短设备的使用寿命。

4.2 工作范围

工业温度范围为 –40 °C 至 +85 °C，电源电压 (V_{DD}) 为 4.5 V 至 5.5 V。

4.3 直流电气特性

涵盖电源电压、电源电流、待机电流、输入输出泄漏电流、输入输出高低电平电压等参数，为电路设计提供了重要的参考依据。

4.4 交流特性

包括时钟频率、时钟高低时间、芯片选择建立和保持时间、输出禁用和有效时间等参数，确保在高速操作时的稳定性。

五、应用场景与总结

FM25640B 适用于各种需要频繁或快速写入的非易失性存储器应用，如数据采集系统、工业控制、汽车电子等领域。其高耐久性、无延迟写入和低功耗等特性，使其成为替代串行 EEPROM 或闪存的理想选择。在实际设计中，电子工程师可以根据具体的应用需求，合理利用其功能和特性，优化电路设计，提高系统的性能和可靠性。

大家在使用 FM25640B 的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用案例呢？欢迎在评论区分享交流。