用铁电存储器(FRAM)存储数据

一个完美的电表数据存储系统

华胄科技陈其龙电表作为一个计量用电量的仪器电表的精度不但与检测芯片的精度有关更重要与其存储方式有很大的关系如果检测到的电量数据不能写入存储器或者写入存储器过程出错电表的精度就大大降低

以前电表数据的存储方式有2种选择1用存储EEPROM数据2用NVRAM存储数据现在有了第三种选择用铁电存储器FRAM存储数据

在以前在设计电表电量的存储方案过程中工程师在怎样把数据准确无误的写入存储绞尽脑汁主要的原因是以前的EEPROM速度慢,有10MS写的周期擦写次数少为了解决存储器的问题工程师必须在控制电路增加很多电路见图一

由于EEPROM的擦写次数为10万次所以不能来一个脉冲就写入EEPROM只能将脉冲暂存MCU的SRAM内等脉冲计录到一定的值1度电或到了一定的时间1小时再把数据写入EEPROM正是由于电数据不能实时写入EEPROM引起一个问题如果停电怎么办在停电时MCU内存储的平均电量为0.5度,如果系统不管掉电情况,那么电表的精度很低(以10万家用户计算,每停一次电,供电局将有5万度电因存储器的原因而丢掉),这供电局当然不能接受为了解决这问题在电路上必需增加掉电检测电路在检测到掉电后把MCU中存储不到1度电的数据写入EEPROM

由于EEPROM写入数据时有10MS写的周期这也引起了一个问题在停电后必需有足够长的电压维持EEPROM写的时间设计者的一般思路是利用滤波电路的大电容由于电容内部是电解液随着时间的推移电容的容量将变小因此为了使电表能使用10年必须把增大滤波的电容的容量和提前检测到掉电

EEPROM写入数据时数据先是写入EEPROM的缓冲区当数据写入缓冲区后EEPROM 自动把数据写入EEPROM的具体地址其过程需要10MS由于EEPROM内部写入时间长所以容易受到干扰EEPROM一旦受到干扰写入的数据容易出错此时出错MCU 没有办法知道为了解决这一问题设计者必须把同一个数据写入三个不同的地址然后再把数据读出来校正图5

从上述的阐述可知系统掉电时要把数据写入EEPROM此方案的筹码赌在掉电检测电路和电容上为了解决这一问题设计者把掉电检测提升到检测市电和用2个掉电检测电路把电容的容量增大和用2个电容为了减小检测电路和电容的影响采用2个EEPROM从而降低SRAM缓冲的量值提高存储的精度方案2

采用NVRAM来做数据存储方案3这种方案可以解决EEPROM的不足但大家都知道NVRAM的价格很高

用铁电存储器可以解决上面存储器所面临的问题首先看一看铁电存储器的特点

1非易失性掉电后数据能保存10年所有产品都是工业级

2擦写次数多5V供电的FRAM的擦写次数100亿次低电压的FRAM的擦写次数为1亿亿次

3速度快串口总线的FRAM的CLK的频率高达20M并且没有10MS的写的等待周期并口的访问速度70NS

4功耗低静态电流小于10UA读写电流小于150UA

5读写无限次在FRAM读写次数超过100亿次5V供电的FRAM后FRAM还能工作只是数据不能保存

基于铁电存储器的特点 我们可以对电表的设计进行完全的改革 图4

由于FRAM 的读写次数为100亿次 MCU 检测到一个脉冲就可以写入FRAM 内 以3200个脉冲为1

度计算 FRAM 能存3百万度电 对单相表和单相复汇率表以是足够用 由于电量数据是实时写入FRAM 所以不担心掉电后 数据会丢的问题 由于铁电存储器没有10MS 的写周期 所以不必担心电容的容量变小后会对FRAM 数据存储有影响 因为铁电存储器内没有缓冲区 数据是直接写如FRAM 对应的地址中 所以写入的数据不会出错 即使出错 MCU 通过协议可以知道 所以同一数据不必存储到3个不同的地址 图5

铁电存储器应用在计量系统中有其他产品不可替代的优势 如电表 水表 煤气表等 在下期将与工程师讨论铁电存储器在税控机的应用