FRAM的產品定位和優點

FRAM（鐵電隨機存取存儲器）是一種使用鐵電膜來保存數據的非易失性存儲器。這種存儲器具有非易失性和隨機存取的特性，非易失性意味著即便關閉芯片的電源，存放在存儲器里的數據也能保存下來。

與傳統非易失性存儲器相比，FRAM的功耗要低很多，而且寫入速度更快。對于類似的寫入，FRAM功耗只有EEPROM的1/1000。FRAM的寫入時間是EEPROM的1/40000，達到SRAM和DRAM這些傳統易失性存儲器的級別。而且，FRAM的讀/寫耐久性能遠遠優于EEPROM和Flash存儲器。EEPROM和Flash存儲器能寫入大約100萬次（106次），FRAM最高可寫入1013次，或者說寫入次數可以達到前兩種存儲器的1000萬倍以上。

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FRAM還有一個特點，即使用極化技術保存數據的鐵電存儲器在遭受輻射時也不會發生數據丟失問題。如果是EEPROM和Flash存儲器，保存數據取決于電荷是否存在于器件的存儲區，輻射會引起電荷漂移，導致數據被破壞。

FRAM的另一個獨特優點是采用不同的單元結構，這種結構具有優秀的器件級防篡改能力，防范未經授權的數據讀取，并通過了一系列嚴苛的安全認證標準，例如在由法國國防部的DCSSI實施的EAL （基于國際標準ISO/IEC 15408的評估保證級別）認證中，FRAM通過了EAL4+認證，為消費家電類別的最高排名。常用的存儲器保存數據取決于在存儲單元的儲存區是否有電荷。然而，電荷的變化可以被第三方工具掃描到，對存儲的數據進行非授權的存取。FRAM通過極化方式來記錄數據，用電場改變組成材料的分子方向，因此很少碰到這種風險。

富士通半導體使用成熟技術生產FRAM的時間已經超過10年，可以為用戶提供很寬的產品線。在醫療領域和智能電表中的解決方案及應用而備受業界矚目。

先進的FRAM存儲器為醫療設備實現增值

富士通半導體的FRAM在醫療領域備受關注，贏得了更廣泛的應用和用戶的青睞。FRAM具有很多無可匹敵的優點，包括快速寫入、接近無限次讀/寫耐久性、低功耗和耐輻射性，能夠為醫療設備和系統增添新的實用價值。FRAM早已經被用于CT掃描機和其他大型設備當中，在小型醫療設備中的使用也在不斷增加。為了在醫療設備和生物制藥的生產控制實現認證的目的，具有FRAM的RFID也變得越來越普及。

1.在CT掃描機中使用FRAM：不用更換電池

CT掃描機是一種使用FRAM的醫療設備，早在很多年前就有好幾家設備制造商開始采用FRAM。不同的制造商在設備內部使用FRAM的目的是不一樣的，其中之一是控制系統以確定什么時候需要對設備進行保養。

CT掃描機里面的攝像頭和X射線發生器的性能會隨反復使用而惡化，這些元器件必須定期更換。在這些領域，FRAM被用作控制系統的存儲器設備，用來記錄設備的工作時間和受到輻射的數量。FRAM芯片是具有快速寫入、高讀/寫耐久性和耐輻射特性的非揮發存儲器，很適合這種苛刻的工作環境。

2.FRAM用于生物信息監控：生命體征的更多細節信息

FRAM還被用于病人身旁的監護儀，記錄或監控病人的生命體征—心率、脈搏、血壓、體溫等。這些監護儀存儲了病人預先記錄的基準信息，可以和最近測量的數據進行對照。如果發生異常情況，監護儀就會報警。與EEPROM相比，FRAM可以更頻繁地寫入，設備可以進行更頻繁的測量，這樣監護儀就能夠記錄更多的細節信息。FRAM的快速寫入能力還意味著，如果突然斷電的話，不會丟失數據，因為FRAM可以在系統的供電中斷之前，在最短的時間內儲存數據。

3.用于自動CPAP的FRAM：不用電池

設備制造商正在考慮將FRAM用于自動CPAP（連續正氣道壓力）設備，用來跟蹤睡眠呼吸暫停。CPAP監控和記錄病人在睡眠時的呼吸數據，在需要的時候幫助病人呼吸。“目前，自動CPAP使用SRAM存儲數據，但使用FRAM就不需要保存SRAM上數據的電池。”一些CPAP使用EEPROM來儲存設備的初始參數，但是使用FRAM存儲這些參數并記錄數據，連EEPROM也不用了。

4.在助聽器中使用FRAM：噪聲控制

一些助聽器制造商正在考慮在助聽器中使用FRAM。現在的很多助聽器可以根據每個人的使用情況進行調整，以達到最優的性能。制造商用一個記錄系統來登記這些信息，正在考慮用FRAM作為記錄用存儲器。現在的助聽器通常使用EEPROM來記錄信息，但是FRAM可以更快地寫入數據，且耗能更少。例如，以同樣的頻率寫入64字節的數據，FRAM的寫入速度比EEPROM快20倍，功耗只有后者的1/140，這意味著更換電池的頻率更低。

FRAM還有另一個獨特的優勢，那就是能夠減少存儲器在寫入數據時的噪聲。EEPROM要使用內部的10V的高電壓來擦除和在存儲器中寫入數據。在寫入時，這個高供電電壓會在電路中產生噪聲，會轉換成助聽器使用者可以聽到的重復噪聲。如果使用FRAM，就不需要高電壓來擦除和寫入數據，這個問題迎刃而解。

5.FRAM用來控制醫療設備、產品和藥品：為輻射消毒提供更多便利

FRAM不僅可以作為單獨的元器件，而且還通過帶有FRAM的RFID IC進入到醫療領域。例如，RFID標簽可用于控制和鑒定醫療設備、產品和藥物。一些RFID標簽制造商和系統制造商已經把帶有FRAM的RFID標簽在醫療領域實現商用，在醫療設備和生物藥品上得到使用。

RFID標簽可以通過無線網絡，把信息讀取和寫入到內部的存儲器里。RFID不僅可以記錄比條形碼多得多的大量信息，信息還可以連續寫入，所以RFID標簽通常用于跟蹤信息，以及物流和生產領域的其他應用。但是在醫療領域，有一個迄今普通RFID還進不去的領域，那就是對貼有標簽的物品進行輻射消毒。

為了滿足特定的嚴格衛生標準，醫療設備常常使用特殊氣體或其他方法進行消毒，但是輻射消毒在單用途的醫療設備和生物制藥設備中的零部件上使用得更為廣泛。使用輻射消毒的原因是這種方式產生的環境問題較少，而且已經包裝好的物品也可以用這種方法消毒，將消毒后進行下一步加工前的可能污染減至最少。由于輻射會使采用EEPROM的RFID標簽上的數據丟失，這樣標簽就起不到識別器的作用，設備的最終使用者對此有很多怨言。在RFID標簽上使用FRAM就可以解決這個問題。

今天，像EEPROM和SRAM這些標準存儲器器件已經被廣泛應用于醫療設備。使用FRAM將可能改變普通最終用戶和醫療專家對助聽器噪聲，或是需要更換所用設備中的電池而頻頻抱怨的情況。FRAM產品有助于采集更詳盡的數據，提高數據可靠性，還可以改善安全性，提高醫療行業的生產效率。

FRAM加速智能電表發展，優異性能降低產品功耗并提高安全性

在很多國家，FRAM早已經廣泛用在智能電表當中，其所具有的快速寫入、幾乎無限次讀/寫、低功耗和防篡改等優異特性將推動智能電表未來的發展過程。

1.實時記錄數據

常規的智能電表通常包含兩個系統，一個是計量系統，提供電表的主要功能，包括一個帶有輸入接口電路和顯示電路的微處理器。另一個是通信系統，這個系統的功能是把計量的數據發送到外面的數據中心，用于數據制表，并與計量系統內部的計量數據進行交換。數據日志系統（圖1）可以用于兩種系統的通信功能。

圖1. FRAM在智能電表上的應用

例如，電網智能電表中的測量單元可使用數據日志系統，實時地記錄能耗和相關變化。采用這種系統，要求以大約每秒兩次的頻率寫入數據。通信單元的數據日志系統把數據存儲下來，用于監控電網的工作狀態和控制數據，保證電能的分配達到最優。比較理想的方法是頻繁記錄這些數據，這時FRAM的快速寫入和可以頻繁讀/寫的特性就變得非常有用。

實時數據記錄還能使預付費系統的智能電表變得更加高效。在預付費系統里，要根據每個特定的時間段進行收費，如果收費的間隔變長，會導致按相同價格計算的耗電量的波動范圍加大。FRAM具有快速數據寫入和功耗小的特點，使用FRAM可以提高數據寫入的頻率，而不會增加整個電表的能耗。換句話說，可以時常扣除計費，減少每次計費時能耗數量波動的現象。

2.減少能耗

FRAM有助于減少智能電表的總功耗。使用智能電表，需要監控電池的工作過程，以便確保在發生斷電或在沒有電源的地方出現無法預料的情況下使電表一直處在工作狀態，這就是為什么要求電表的耗電量很小的原因。FRAM的功耗非常低，而且在供電中斷的情況下也能保存數據，在減小電表功耗方面非常有用。而且FRAM的低功耗有助于延長電池的使用壽命。

3.提高數據安全性

FRAM的第3個優點是具有更好的數據安全性。智能電表存儲器保存了家庭用電量的數據。保證私人信息的安全，要求電表具有更高的數據安全性。FRAM具有防篡改功能，使電表的數據安全性比使用傳統存儲器的系統強得多。

圖2. 用于智能電表的FRAM產品線

有生產具有眾多優異特性的FRAM技術做支撐，富士通半導體為客戶提供了各種產品線，包括獨立的FRAM和面向特定應用的LSI，如RFID（射頻識別）IC、驗證IC和其他采用FRAM的產品。獨立FRAM主要用于智能電表。以模塊形式提供的獨立FRAM兼容3種接口：SPI、I2C和并行接口，密度分別為4Kbit–256Kbit、16Kbit-2Mbit和256Kbit至4Mbit（圖2）。為了響應客戶對更小安裝面積的要求，16Kbit I2C和SPI接口的MB85RC16和MB85RS16增加了小型8 pin SON封裝，尺寸為3mm x 2mm。

目前，FRAM已經廣泛用于醫療電子、智能電表以及其他領域中，其原因是FRAM比傳統存儲器具有無可匹敵的優勢：在電源發生故障的時候，快速數據寫入能力可以避免數據丟失；大量的讀/寫次數可以讓用戶頻繁地采集數據；低功耗特性可以降低系統功耗和延長電池壽命等。隨著更多領域需求的開發，FRAM無疑將發揮更大的作用，所以還請留意和關注富士通半導體在這個領域的未來發展。