深入解析Infineon FM24V10 1-Mbit Serial (I2C) F-RAM

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，存儲(chǔ)器的選擇至關(guān)重要，它直接影響著系統(tǒng)的性能、可靠性和成本。今天我們要深入探討的是英飛凌（Infineon）旗下的FM24V10 1-Mbit Serial (I2C) F-RAM，這款產(chǎn)品在非易失性存儲(chǔ)器市場(chǎng)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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產(chǎn)品概述

Cypress已成為英飛凌科技公司的一部分，英飛凌將繼續(xù)為新老客戶提供FM24V10等產(chǎn)品。FM24V10是一款采用先進(jìn)鐵電工藝的1-Mbit非易失性存儲(chǔ)器，邏輯上組織為128K × 8。它具有諸多出色的特性，使其在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中脫穎而出。

特性亮點(diǎn)

1. 高耐久性：具備100萬億（101?）次的讀寫次數(shù)，相比傳統(tǒng)的EEPROM，其寫入耐久性有了質(zhì)的飛躍，能夠滿足頻繁讀寫的應(yīng)用需求。
2. 超長數(shù)據(jù)保留：在不同溫度條件下有出色的數(shù)據(jù)保留能力，例如在85°C時(shí)可達(dá)10年，65°C時(shí)可達(dá)151年，為數(shù)據(jù)的長期存儲(chǔ)提供了可靠保障。
3. 無延遲寫入：與EEPROM不同，F(xiàn)M24V10在總線速度下執(zhí)行寫入操作，無需寫入延遲，數(shù)據(jù)在成功傳輸?shù)皆O(shè)備后立即寫入內(nèi)存陣列，下一個(gè)總線周期可立即開始，無需數(shù)據(jù)輪詢。
4. 高速串行接口：采用快速的兩線串行接口（I2C），頻率最高可達(dá)3.4-MHz，可直接替代串行（I2C）EEPROM，并且支持100 kHz和400 kHz的傳統(tǒng)時(shí)序。
5. 設(shè)備ID和序列號(hào)：提供制造商ID和產(chǎn)品ID，F(xiàn)M24VN10還具備唯一的序列號(hào)，可用于識(shí)別電路板或系統(tǒng)。
6. 低功耗：工作電流低，在100 kHz時(shí)為175 μA，待機(jī)電流典型值為90 μA，睡眠模式電流典型值為5 μA，有助于降低系統(tǒng)功耗。
7. 寬電壓范圍：工作電壓為2.0 V至3.6 V，可適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
8. 工業(yè)溫度范圍：能夠在 -40°C至 +85°C的工業(yè)溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。
9. 環(huán)保封裝：采用8引腳小外形集成電路（SOIC）封裝，并且符合有害物質(zhì)限制（RoHS）標(biāo)準(zhǔn)。

功能描述

與EEPROM對(duì)比優(yōu)勢(shì)

FM24V10在寫操作方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。EEPROM在寫入時(shí)需要較長的寫入時(shí)間，并且可能會(huì)出現(xiàn)寫入延遲，而FM24V10的寫入操作在總線速度下完成，無需等待，大大提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。此外，F(xiàn)M24V10在寫入時(shí)功耗更低，因?yàn)樗恍枰獌?nèi)部升高的電源電壓來驅(qū)動(dòng)寫入電路。

應(yīng)用場(chǎng)景

由于其高耐久性和無延遲寫入的特性，F(xiàn)M24V10非常適合需要頻繁或快速寫入的非易失性存儲(chǔ)器應(yīng)用，如數(shù)據(jù)記錄、工業(yè)控制等。在數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用中，大量的寫入操作可能會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)存儲(chǔ)器的壽命縮短，而FM24V10的高耐久性可以有效解決這個(gè)問題；在工業(yè)控制應(yīng)用中，EEPROM的長寫入時(shí)間可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，而FM24V10的無延遲寫入可以確保數(shù)據(jù)的及時(shí)保存。

接口與操作

I2C接口

FM24V10采用雙向I2C總線協(xié)議，通過SDA和SCL信號(hào)進(jìn)行通信?？偩€協(xié)議由START、STOP、數(shù)據(jù)位和確認(rèn)等四種狀態(tài)控制。

• START條件：當(dāng)總線主設(shè)備在SCL信號(hào)為高電平時(shí)將SDA信號(hào)從高電平拉低時(shí)，表示START條件，所有命令都應(yīng)在START條件之后發(fā)送。
• STOP條件：當(dāng)總線主設(shè)備在SCL信號(hào)為高電平時(shí)將SDA信號(hào)從低電平拉高時(shí)，表示STOP條件，所有操作都應(yīng)在STOP條件結(jié)束。
• 數(shù)據(jù)/地址傳輸：所有數(shù)據(jù)傳輸（包括地址）都在SCL信號(hào)為高電平時(shí)進(jìn)行，SDA信號(hào)在SCL為高電平時(shí)不應(yīng)改變。
• 確認(rèn)/無確認(rèn)：在任何事務(wù)中，第8個(gè)數(shù)據(jù)位傳輸完成后會(huì)進(jìn)行確認(rèn)。接收器將SDA信號(hào)拉低表示確認(rèn)接收到字節(jié)，如果接收器未將SDA拉低，則表示無確認(rèn)，操作將被中止。

存儲(chǔ)器操作

寫入操作

寫入操作從發(fā)送從設(shè)備地址開始，然后是內(nèi)存地址，主設(shè)備通過將從設(shè)備地址的LSB（R/W位）設(shè)置為0來指示寫入操作。寫入過程中，主設(shè)備發(fā)送每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，存儲(chǔ)器生成確認(rèn)條件。由于F-RAM的特性，寫入操作無有效延遲，寫入完成后可立即進(jìn)行其他操作。

讀取操作

讀取操作分為當(dāng)前地址讀取和選擇性（隨機(jī)）讀取兩種類型：

• 當(dāng)前地址讀取：主設(shè)備發(fā)送從設(shè)備地址，LSB設(shè)置為1，表示讀取操作。FM24V10從當(dāng)前地址開始輸出數(shù)據(jù)，主設(shè)備通過確認(rèn)信號(hào)指示是否繼續(xù)讀取下一個(gè)字節(jié)。
• 選擇性（隨機(jī)）讀取：主設(shè)備先發(fā)送寫入操作的前三個(gè)字節(jié)來設(shè)置內(nèi)部地址，然后發(fā)送START條件，同時(shí)中止寫入操作并允許發(fā)送讀取命令，此時(shí)變?yōu)楫?dāng)前地址讀取。

睡眠模式

FM24V10支持低功耗的睡眠模式，當(dāng)主設(shè)備發(fā)送特定的睡眠命令（86h）時(shí)，設(shè)備進(jìn)入睡眠模式。需要注意的是，發(fā)送STOP命令進(jìn)入睡眠模式是可選步驟，存在一個(gè)小問題，即當(dāng)I2C主設(shè)備發(fā)送睡眠命令的最后一個(gè)保留從設(shè)備ID（86h）時(shí)，I2C F-RAM可能會(huì)在I2C時(shí)鐘為高電平時(shí)釋放SDA線，產(chǎn)生意外的STOP信號(hào)，可通過忽略該信號(hào)或主設(shè)備驅(qū)動(dòng)SDA線來解決。

設(shè)備ID和唯一序列號(hào)

FM24V10提供只讀的設(shè)備ID，可用于確定制造商、產(chǎn)品密度和產(chǎn)品版本。FM24VN10還具備唯一的8字節(jié)序列號(hào)，可用于唯一識(shí)別電路板或系統(tǒng)。序列號(hào)的讀取通過特定的從設(shè)備地址序列進(jìn)行，并且可以通過計(jì)算CRC值來驗(yàn)證通信的正確性。

電氣特性

最大額定值

超過最大額定值可能會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命，包括存儲(chǔ)溫度、電源電壓、輸入電壓等方面的限制。例如，存儲(chǔ)溫度范圍為 -65°C至 +125°C，電源電壓VDD相對(duì)于VSS的范圍為 -1.0 V至 +4.5 V。

工作范圍

在工業(yè)溫度范圍 -40°C至 +85°C內(nèi)，VDD的工作電壓為2.0 V至3.6 V，確保設(shè)備在不同環(huán)境下的穩(wěn)定工作。

直流電氣特性

包括電源電流、待機(jī)電流、睡眠模式電流、輸入輸出電壓等參數(shù)，這些參數(shù)在不同的工作條件下有不同的取值，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考。

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，并且具備101?次的讀寫耐久性，保證了數(shù)據(jù)的長期存儲(chǔ)和設(shè)備的可靠性。

交流測(cè)試特性

規(guī)定了I2C總線的各種時(shí)序參數(shù)，如時(shí)鐘周期、數(shù)據(jù)建立和保持時(shí)間等，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

總結(jié)

英飛凌的FM24V10 1-Mbit Serial (I2C) F-RAM以其高耐久性、無延遲寫入、低功耗等特性，為電子工程師在非易失性存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。它可以直接替代串行（I2C）EEPROM，并且在性能上有顯著提升。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的需求，合理利用其各種功能和特性，同時(shí)注意一些小的問題，如睡眠模式中的意外STOP信號(hào)。希望通過本文的介紹，能讓大家對(duì)FM24V10有更深入的了解，在設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。你在使用類似的存儲(chǔ)器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。