電子工程師必備：探秘FM25L16B 16-Kbit串行F-RAM

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇一款合適的非易失性存儲(chǔ)器至關(guān)重要。今天我們就來(lái)詳細(xì)了解一款性能卓越的產(chǎn)品——FM25L16B 16 - Kbit串行（SPI）F - RAM，看看它能為我們的設(shè)計(jì)帶來(lái)哪些驚喜。

文件下載：FM25L16B-GTR.pdf

產(chǎn)品背景與延續(xù)性

Cypress是Infineon Technologies旗下的公司。雖然現(xiàn)在由Infineon提供該產(chǎn)品，但原“Cypress”文檔內(nèi)容不會(huì)受影響。未來(lái)若有修訂，會(huì)在文檔歷史頁(yè)面說(shuō)明，且現(xiàn)有的產(chǎn)品訂購(gòu)編號(hào)也會(huì)繼續(xù)得到支持。所以工程師們不用擔(dān)心產(chǎn)品供應(yīng)和文檔資料的連續(xù)性問題。

FM25L16B產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 存儲(chǔ)性能領(lǐng)先

• 大容量與高壽命：它擁有16 - Kbit的鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（F - RAM），邏輯上組織為2K × 8。關(guān)鍵是其讀寫耐久性極高，可達(dá)100萬(wàn)億（$10^{14}$）次讀寫，數(shù)據(jù)保留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)151年。想象一下，在一些需要長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)且頻繁讀寫的應(yīng)用場(chǎng)景中，它的優(yōu)勢(shì)就十分明顯了。
• 無(wú)延遲寫入：采用NoDelay?寫入技術(shù)，不像傳統(tǒng)的串行閃存和EEPROM，寫入操作能在總線速度下完成，沒有寫入延遲。數(shù)據(jù)在成功傳輸?shù)皆O(shè)備后會(huì)立即寫入存儲(chǔ)陣列，下一個(gè)總線周期無(wú)需數(shù)據(jù)輪詢即可開始。

2. 高速接口優(yōu)勢(shì)

• 高頻SPI接口：具備非常快速的串行外設(shè)接口（SPI），頻率最高可達(dá)20 MHz。這使得它能與許多常見的微控制器直接接口，即使微控制器沒有硬件SPI端口，也能用普通端口引腳輕松模擬。
• 多模式支持：支持SPI模式0（0, 0）和模式3（1, 1），能適應(yīng)不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。

3. 完善的保護(hù)機(jī)制

• 硬件與軟件保護(hù)結(jié)合：有復(fù)雜的寫保護(hù)方案，包括使用寫保護(hù)（WP）引腳進(jìn)行硬件保護(hù)，以及使用寫禁用指令進(jìn)行軟件保護(hù)。還能對(duì)1/4、1/2或整個(gè)陣列進(jìn)行軟件塊保護(hù)，有效防止數(shù)據(jù)被誤寫。

4. 低功耗與寬范圍特性

• 低功耗運(yùn)行：功耗非常低，在1 MHz時(shí)的活動(dòng)電流為200 μA，待機(jī)電流典型值為3 μA。
• 寬電壓與溫度范圍：工作電壓范圍為$V_{DD}=2.7 ~V$到3.6V，能在 - 40 °C到 + 85 °C的工業(yè)溫度范圍內(nèi)正常工作。

5. 多樣的封裝形式

提供8 - 引腳小外形集成電路（SOIC）封裝和8 - 引腳薄型雙扁平無(wú)引腳（DFN）封裝，并且符合有害物質(zhì)限制（RoHS）標(biāo)準(zhǔn)，滿足不同的設(shè)計(jì)和環(huán)保要求。

功能與架構(gòu)解析

功能概述

FM25L16B是一款串行F - RAM存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)陣列邏輯上為2,048 × 8位，通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行外設(shè)接口（SPI）總線訪問。與具有相同引腳排列的串行閃存或EEPROM相比，它在寫性能、耐久性和功耗方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

內(nèi)存架構(gòu)

訪問時(shí)，用戶可對(duì)2K個(gè)8位數(shù)據(jù)位置進(jìn)行尋址，這些數(shù)據(jù)通過SPI協(xié)議串行移入或移出。地址由11位組成，但前5位為“無(wú)關(guān)”值，完整地址能唯一指定每個(gè)字節(jié)地址。而且它的訪問時(shí)間幾乎為零，讀寫速度取決于SPI總線速度，無(wú)需像串行閃存或EEPROM那樣輪詢?cè)O(shè)備的就緒狀態(tài)。

SPI總線接口

作為SPI從設(shè)備，它能以高達(dá)20 MHz的速度運(yùn)行。SPI是一個(gè)四引腳接口，包括片選（$overline{CS}$）、串行輸入（SI）、串行輸出（SO）和串行時(shí)鐘（SCK）引腳。該設(shè)備支持SPI模式0和3，數(shù)據(jù)在SCK的上升沿鎖存到F - RAM中，輸出數(shù)據(jù)在SCK的下降沿可用。

操作命令與流程

命令結(jié)構(gòu)

總線主設(shè)備可向FM25L16B發(fā)出六種命令（操作碼），包括WREN（設(shè)置寫使能鎖存器）、WRDI（復(fù)位寫使能鎖存器）、RDSR（讀取狀態(tài)寄存器）、WRSR（寫入狀態(tài)寄存器）、READ（讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)）和WRITE（寫入內(nèi)存數(shù)據(jù)）。

寫操作

所有寫操作都從WREN操作碼開始，接著是包含11位地址的兩字節(jié)地址，后續(xù)為要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。地址會(huì)在總線主設(shè)備持續(xù)提供時(shí)鐘且$overline{CS}$為低電平時(shí)自動(dòng)遞增。若寫入受保護(hù)塊地址，自動(dòng)地址遞增會(huì)停止，后續(xù)數(shù)據(jù)將被忽略。

讀操作

在$overline{CS}$下降沿后，總線主設(shè)備發(fā)出READ操作碼和兩字節(jié)地址，設(shè)備會(huì)在接下來(lái)的八個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)輸出讀取的數(shù)據(jù)。地址同樣會(huì)在滿足條件時(shí)自動(dòng)遞增，$overline{CS}$上升沿終止讀操作。

HOLD引腳操作

HOLD引腳可用于暫停串行操作而不中止它。當(dāng)總線主設(shè)備在SCK為低電平時(shí)將HOLD引腳拉低，當(dāng)前操作會(huì)暫停；在SCK為低電平時(shí)將HOLD引腳拉高，操作將恢復(fù)。

電氣特性與參數(shù)

最大額定值

包括存儲(chǔ)溫度（ - 65 °C到 + 125 °C）、電源電壓（ - 1.0 V到 + 5.0 V）、輸入電壓等參數(shù)，超出這些額定值可能會(huì)縮短設(shè)備使用壽命。

直流電氣特性

涵蓋電源電壓、電源電流、輸入輸出泄漏電流、輸入輸出高低電壓等參數(shù)，這些參數(shù)是保證設(shè)備正常工作的關(guān)鍵。

數(shù)據(jù)保留和耐久性

在不同溫度下有不同的數(shù)據(jù)保留時(shí)間，如在85 °C時(shí)至少為10年，75 °C時(shí)為38年，65 °C時(shí)為151年。耐久性方面，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)可達(dá)$10^{14}$個(gè)周期。

交流測(cè)試條件與開關(guān)特性

規(guī)定了輸入脈沖電平、上升和下降時(shí)間、輸入輸出時(shí)序參考電平等條件，以及時(shí)鐘頻率、時(shí)鐘高低時(shí)間、片選建立和保持時(shí)間等交流開關(guān)特性參數(shù)。

訂購(gòu)與技術(shù)支持

訂購(gòu)信息

提供了不同的訂購(gòu)代碼，如FM25L16B - G、FM25L16B - GTR等，對(duì)應(yīng)的封裝圖編號(hào)和工作范圍也有明確說(shuō)明，且這些部件均為無(wú)鉛產(chǎn)品。

技術(shù)支持

Cypress擁有全球銷售和設(shè)計(jì)支持網(wǎng)絡(luò)，工程師們可訪問Cypress Locations查找最近的辦事處。同時(shí)，還提供豐富的產(chǎn)品系列和技術(shù)支持渠道，如PSoC?解決方案、Arm? Cortex?微控制器等。

總的來(lái)說(shuō)，F(xiàn)M25L16B 16 - Kbit串行F - RAM憑借其出色的性能、完善的保護(hù)機(jī)制和豐富的功能，是電子工程師在非易失性存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)中的一個(gè)優(yōu)質(zhì)選擇。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中不妨考慮一下這款產(chǎn)品，看看它能為你的項(xiàng)目帶來(lái)怎樣的提升。你在使用類似存儲(chǔ)器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。