深入解析富士通MB85RS64V FRAM芯片：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，存儲器芯片的性能和特性對于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討富士通的MB85RS64V FRAM（鐵電隨機(jī)存取存儲器）芯片，了解它的特點(diǎn)、工作原理以及在實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、MB85RS64V芯片概述

MB85RS64V是一款采用鐵電工藝和硅柵CMOS工藝技術(shù)制造的非易失性存儲器芯片，其配置為8,192字×8位。與傳統(tǒng)的SRAM不同，它無需備用電池即可保留數(shù)據(jù)，這大大簡化了設(shè)計(jì)并提高了系統(tǒng)的可靠性。

1.1 主要特性

• 位配置：8,192字×8位的結(jié)構(gòu)，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用場景的數(shù)據(jù)存儲需求。
• 串行外設(shè)接口（SPI）：支持SPI模式0 (0, 0)和模式3 (1, 1)，最大工作頻率可達(dá)20 MHz，方便與微控制器等設(shè)備進(jìn)行通信。
• 高耐久性：存儲單元可進(jìn)行1012次讀寫操作，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了閃存和E2PROM的讀寫次數(shù)，大大延長了芯片的使用壽命。
• 數(shù)據(jù)保留：在不同溫度下具有出色的數(shù)據(jù)保留能力，如在+85 °C下可保留10年，+55 °C下可保留95年，+35 °C下超過200年。
• 寬工作電源電壓：工作電源電壓范圍為3.0 V至5.5 V，能夠適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 低功耗：工作電源電流典型值為1.5 mA（20 MHz時(shí)），待機(jī)電流典型值為10 μA，有效降低了系統(tǒng)的功耗。
• 寬工作溫度范圍：可在 - 40 °C至 + 85 °C的環(huán)境溫度下正常工作，適用于各種惡劣的工業(yè)和汽車應(yīng)用場景。
• 封裝形式：采用8引腳塑料SOP（FPT - 8P - M02）封裝，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，便于焊接和安裝。

二、引腳功能與連接

2.1 引腳分配

2.2 連接方式

MB85RS64V作為SPI的從設(shè)備工作，可以通過配備SPI端口的微控制器連接多個(gè)設(shè)備，也可以將SI和SO引腳進(jìn)行總線連接，方便與沒有SPI端口的微控制器配合使用。

三、狀態(tài)寄存器與操作碼

3.1 狀態(tài)寄存器

3.2 操作碼

四、命令操作與應(yīng)用

4.1 寫使能與復(fù)位

• WREN命令：在進(jìn)行寫操作（WRSR命令和WRITE命令）之前，必須使用WREN命令設(shè)置WEL（寫使能鎖存器），以允許對FRAM陣列和狀態(tài)寄存器進(jìn)行寫入操作。
• WRDI命令：使用WRDI命令可以復(fù)位WEL，當(dāng)WEL復(fù)位時(shí)，寫入操作（WRITE命令和WRSR命令）將無法執(zhí)行。

4.2 狀態(tài)寄存器讀寫

• RDSR命令：用于讀取狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)。在將RDSR操作碼輸入到SI引腳后，需要向SCK引腳輸入8個(gè)時(shí)鐘周期，此時(shí)SI引腳的值無效，SO引腳將在SCK的下降沿同步輸出狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)。
• WRSR命令：用于向狀態(tài)寄存器的非易失性存儲器位寫入數(shù)據(jù)。在將WRSR操作碼輸入到SI引腳后，需要輸入8位寫入數(shù)據(jù)。需要注意的是，WEL不能使用WRSR命令進(jìn)行寫入，狀態(tài)寄存器的第0位固定為“0”，也不能進(jìn)行寫入。

4.3 存儲器讀寫

• READ命令：用于讀取FRAM存儲單元陣列的數(shù)據(jù)。將任意16位地址和READ操作碼輸入到SI引腳，忽略3位高位地址，然后向SCK引腳輸入8個(gè)時(shí)鐘周期，SO引腳將在SCK的下降沿同步輸出讀取的數(shù)據(jù)。在讀取過程中，SI引腳的值無效。當(dāng)CS引腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，READ命令完成，但可以通過持續(xù)向SCK發(fā)送時(shí)鐘信號，以8個(gè)周期為單位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地址遞增讀取，當(dāng)達(dá)到最高地址時(shí)，將自動(dòng)回滾到起始地址，實(shí)現(xiàn)無限循環(huán)讀取。
• WRITE命令：用于向FRAM存儲單元陣列寫入數(shù)據(jù)。將WRITE操作碼、任意16位地址和8位寫入數(shù)據(jù)輸入到SI引腳，忽略3位高位地址。當(dāng)輸入8位寫入數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)將被寫入FRAM存儲單元陣列。當(dāng)CS引腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，WRITE命令終止，但可以在CS引腳上升之前持續(xù)輸入8位寫入數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地址遞增寫入，當(dāng)達(dá)到最高地址時(shí)，將自動(dòng)回滾到起始地址，實(shí)現(xiàn)無限循環(huán)寫入。

4.4 設(shè)備ID讀取

• RDID命令：用于讀取固定的設(shè)備ID。在將RDID操作碼輸入到SI引腳后，需要向SCK引腳輸入32個(gè)時(shí)鐘周期，此時(shí)SI引腳的值無效，SO引腳將在SCK的下降沿同步輸出設(shè)備ID，輸出順序?yàn)橹圃焐蘄D（8位）/延續(xù)代碼（8位）/產(chǎn)品ID（第1字節(jié)）/產(chǎn)品ID（第2字節(jié)）。在RDID命令中，SO引腳將保持32位設(shè)備ID的最后一位輸出狀態(tài)，直到CS引腳上升。

五、保護(hù)機(jī)制

5.1 塊保護(hù)

5.2 寫保護(hù)

5.3 暫停操作

當(dāng)CS引腳為低電平且HOLD引腳為低電平時(shí)，芯片將進(jìn)入暫停狀態(tài)，此時(shí)可以中斷串行輸入/輸出操作，而不會取消芯片選擇。暫停狀態(tài)的開始和結(jié)束時(shí)間取決于HOLD引腳輸入轉(zhuǎn)換到暫停條件時(shí)SCK引腳的電平狀態(tài)。在暫停狀態(tài)下，任意命令操作將被中斷，SCK和SI輸入無效，SO引腳在讀取命令（RDSR、READ）時(shí)呈高阻態(tài)。如果在暫停狀態(tài)下CS引腳上升，命令將被中止。

六、電氣特性與使用注意事項(xiàng)

6.1 絕對最大額定值

6.2 推薦工作條件

6.3 使用注意事項(xiàng)

• 編程建議：建議在回流焊后對芯片進(jìn)行編程，因?yàn)榛亓骱盖皩懭氲臄?shù)據(jù)無法保證。
• ESD和閂鎖保護(hù)：芯片具有一定的ESD（靜電放電）和閂鎖保護(hù)能力，ESD HBM（人體模型）≥ 2000 V，ESD MM（機(jī)器模型）≥ 200 V，ESD CDM（帶電設(shè)備模型）≥ 1000 V，閂鎖（C - V方法）≥ 200 V。
• 回流條件和存放壽命：芯片的濕度敏感度等級為3（ISP/JEDEC J - STD - 020D），在使用時(shí)需要注意回流條件和存放壽命。

七、總結(jié)

MB85RS64V FRAM芯片以其高耐久性、低功耗、寬工作溫度范圍和方便的SPI接口等優(yōu)點(diǎn)，在眾多電子應(yīng)用領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要充分了解芯片的特性和工作原理，合理配置狀態(tài)寄存器和操作碼，確保芯片的正常運(yùn)行。同時(shí)，要注意遵循絕對最大額定值和推薦工作條件，避免因不當(dāng)使用導(dǎo)致芯片損壞。你在使用類似FRAM芯片時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。