铁电存储器在验光仪数据存储系统中的应用

2010-03-20戈录永

单片机与嵌入式系统应用 2010年11期

戈录永

(中北大学光电仪器厂,太原030051)

引言

在综合验光仪的验光过程中,用户会根据不同的测试需求和习惯设置一些系统配置参数,这些参数需要保存起来;更为重要的是,患者测得的双眼屈光数据也需要长时间地保存起来,以备下次更换眼镜时作为配镜参考和数据比较。这样,就面临一个系统掉电后数据保存的问题。

传统半导体存储器分为易失性存储器和非易失性存储器两类:非易失性存储器包括EPROM、EEPROM和Flash等,在断电后仍能保存数据,但由于采用ROM技术,所以存在写入时间长、写入次数有限、写入时功耗较高等缺点;而易失性存储器虽然性能高、写入次数不受限制、易用,但在掉电的情况下数据无法保存。对于大量数据的掉电存储,大多采用SRAM加后备电池的方法实现,在实际使用过程中存在着数据不可靠、数据容易丢失以及需要维护电池等一系列的问题,大大增加了产品维护的工作并降低了数据存储的可靠性。铁电存储器FRAM的出现为以上问题的解决提供了一个很好的方案。

铁电存储器(FRAM)是美国Ram tron公司推出的一款掉电数据不丢失的存储器,它结合了高性能和低功耗操作,能在没有电源的情况下保存数据。FRAM不仅克服了EEPROM和Flash写入时间长、写入次数有限的缺点,又避免了增加备用电池,做到了快速、可靠的数据掉电保存[1]。FRAM铁电存储器因其掉电不丢失、读写速度快、无限次读写、可靠性高等优点,逐步成为一种主流存储器,广泛应用在仪器仪表、工业控制、数字家电和通信产品等方面。

1 FM1808铁电存储器简介

FM 1808是由Ram tron公司推出的一款存储容量为32K×8位的并行接口FRAM。其主要特点有[2-3]:采用64K×8位的存储结构;低电压,使用2.7～3.6 V电源供电;无限次读写;掉电数据保存10年;读写速度快,内存访问速度可达70 ns;先进的高可靠性铁电存储方式;低功耗,小于20μA的静态工作电流,读写操作的功耗相同。

2 FM1808存储器读写操作

FM 1808通过并行口与外部处理器进行接口,其操作虽然与SRAM十分类似,但在使用过程中应注意它们之间的细微差异[2-3]。FM 1808时序和普通SRAM时序的比较如图1所示。

图1 FM1808与SRAM时序比较

由FM 1808的时序波形和主要特性可知,在使用FM 1808时需要注意以下几个方面:

②SRAM地址锁存后,不会因为改变地址值而影响SRAM的内存操作。与SRAM不同,FM 1808的地址在锁存后仍可能会随着地址的变化而发生变化。当地址被锁存后,地址值必须满足保持时间参数后才能改变。

③另外一个设计注意事项与VDD有关。电池后备SRAM会不停地监测VDD以便必要时切换至后备方式,在一个低电压水平下,它们会封锁用户对内存的访问以降低活动SRAM对电池电源的消耗;而FRAM存储器不需要这些系统开销,在任何电源水平下,内存都不会锁住用户对内存的存取。然而,在电源超出正常工作范围之外时,用户必须阻止处理器对内存的存取。当电源下跌时,通常的设计惯例是使处理器复位,除此之外没有其他的特殊要求。

3 FM1808与W78E516B的硬件连接

在综合验光仪的数据存储系统中,应用W 78E516B单片机作为主控芯片,外扩了1片FM 1808存储器,用来存放系统配置参数和验光患者的眼睛屈光数据。利用FRAM掉电不丢失、读写速度快的特点,本系统在每次开机时会根据上次系统设置的测量参数,对测量系统进行快速的配置,并在开机状态下,随时读取验光患者的眼睛屈光数据,以便方便、快速地进行配镜。

图2 FM1808与W78E516B的接口电路

FM 1808与W78E516B的接口电路如图2所示。ALE信号与译码电路产生的片选信号过“或门”后,再与复位信号RESET相或后产生FM 1808的片选信号。复位信号RESET用于系统复位时封锁FM 1808的片选,增强芯片使用的可靠性。同时,由于FM 1808有内部地址锁存,所以可将W 78E516B的P0口直接连接到FM 1808的地址输入端A0～A 7,从而避免传统存储电路采用74HC573锁存造成的地址信号延时,这也是本设计有所创新的地方[3-5]。