铁电存储器FRAM在12导心电图机中的应用

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第2 3卷

第 2期

甘肃科技Ga u Sce e a c o o y ns i nc nd Te hn l g

Z 2 No .3 .2 Fe 2 07 b. 0

2 07年 2月 0

铁电存储器 F A在 1 R M 心电图机中的应用 2导罗予东(应学院计算机科学与技术系,东梅州 54 1)嘉广 1 0 5

摘要:对 F AM的随机读取速度快,易失性等特性,出了采用 F 8 0针 R非提 M1 L 8的 1 2导心电图 机的存储器扩展的解决方案 .系统应用 F 8 0 M1 L 8独立作为 D P外围存储器扩展,代了传统 S替

ROM和 S AM分立设计, R简化了系统硬件和软件设计,高了系统可靠性,提并设计了 F AM与高 R速 D P芯片的接口,高了存储器的访问速度,时实现了心电数据快速无挥发存储 . S提同 关键词:2导心电图机;电存储器; S 1铁 D P

中图分类号: H 7, T 722

储器 .R mto a rn的 F RAM核心技术是铁电,其存储 1前言 随着人们生活水平的提高,心血管疾病已成为危害人类生命健康的三大杀手之一,为心血管疾作病诊断的有效工具一心电图机得到很大的发展,但目前对心血管病的临床监测和病理分析普遍存在着动态心电和心音图检查相分离,者不能同步采集二技术现在已非常成熟 .现采用 0 3微米制造工艺, .5

相对于现有的 0 5微米的制造工艺而言,大降低 .极了芯片功耗,提高了成本效率,随着铁电存储器的性

能越来越高,容量越来越大,格越趋合理,未来价在几年里大有取代其它存储器的趋势 .

铁电存储器相对于其它类型的存储器,主要具有以下特点 L: 2]

数据,据传输速度慢,积大,数体不易便携等问题,为心脏疾病的准确诊断和寻找心血管病的机理带来一定的困难,因此多功能,速,高小型化及用户数据可存储成为其发展趋势,随着高速单片机及 D P不而 S断的推出,电图机速度瓶颈已由微控制器速度转心变为外围器件如存储器等与其接口速度,并且限于传统存储器的特性也无法较好的满足高速,复多重次的数据无失保存 .

( )电存储器可以跟随总线速度写入而无须 1铁任何的写入等待时间; ( )电贮存器可以象 S AM那样无限次的写 2铁 R入,新一代铁电存储器的写入寿命高达百亿次,而 E P OM只能应付十万至百万次写入; E R ( )低功耗,写入能量消耗仅为 E P OM 3超它 E R的 120 ./ 5 0

传统的存储器可分为两种:失性存储器和非易易

失性存储器[ .易失性存储器包括 S AM(态 1] R静随机存储器 ) D AM(态随机存取存储器 )他和 R动,

总而言之,电存储器具有的优势可以用四个铁字来概括,多"快,, .即读写次数多,入速",好省写度更快,可靠性更好,耗更省 .功

们在掉电后都不能保存数据 .RAM类型的存储器容易使用且速度很快,但是掉电后数据也随之丢失 .非易失性存储器掉电后数据不丢失,是现有的传但统非易失性存储器均源自 R OM技术,有以它为所基础发展起来的非易失性存储器都存在很难写入, 且写入速度慢等缺点,们包括 E R它 P OM, E - E P R OM和 F AS,们存在写入时间长,写次数 L H它擦

2 F 8O M1 L 8简介F 80 M1 L 8是 R AMTR OM公司生产的容量为3 K*8 i的并行 F AM嘲 . 2 Bt R () 1组织结构为 3 K*8 i; 2 Bt ( )电数据保存 1 2掉 O年; ()0 3 1 0亿次以上的读写次数; ( )写数据无延迟; 4

低,写数据功耗大等不足 .铁电存储器 F RAM的出现为以上问题的解决提供了很好的方案, R F AM既具有与 R AM类似的性能,有与 ROM一样的非又易失性 .它克服了以上两种存储器的缺陷且合并了它们的优点,它是一种全新的非易失性随机存取存

(5)兼容符合 J DE 3 K * 8 i E C2 BtS RAM&E P OM管脚; E R

() 6存取时间 7 n, 0 s周期时间为 1 0 s 4n;( )作电压 3 O 3 6 V; 7工 .~ .5

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罗予东:铁电存储器 F AM在 1 R 2导心电图机中的应用数后才能改变 .

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( )耗低,态电流小于 1 A,写电流小 8功静 5读于 1 mA . 0

( )R 3 S AM在检测 VD低于某一水平时会禁 D

F 1 L 8原理框图如图 1所示 . M 80—

止用户对存储器操作, F AM则不管 V D电压而 R D

如何,用户都可以对其进行访问,这也存在一个问题就是在 VD D降低到一定水平后,用户写入数据的

咭=…嚣 r 醒—= -璺壁 = 缱— 引脚名称功能描述

粤

可靠性无法保证,以在电压超出正常的工作范围所之外时,户应停止对存储器的操作用

3 F 80 M1 L 8与 T 3 0 2 1 MS 2 F 8 2的接口技术T 30 21 MS 2 F 8 2是 TI司近年推出的一款具公

有很高性能的 D P芯片,采用高性能的静态 S它C MO S技术,2位的 C U内核, 3 P最高工作主频能达到 10 5 MHz具有 1 8字的片上 F AS两个串, 2K L H,口,6路 1 1 2位的 AD C模块,富的口线资源和片丰内外设使其具有很强的控制能力并兼有 DS P强大的数据处

理能力 .但由于外围 R AM读取速度的限

A A岔嚣釜 . B数 ' 0差蒜差 的值~D 7数据输人/出:双向数据线 Q0 输 8根 C E片选信号线.C E为低时,址锁存至存储地器内部,时地址改变将被忽略,到下一此直个上升沿.

制使其高速度无法很好地体现, F AM无延迟读而 R写特性则可以与 D P高速读写周期的相匹配,内 S其部采用哈佛总线结构,据总线和地址总线是分立数

OE

输出允许线 O为低时 F 8 0 E M1 L 8将有效数据驱动到数据总线 .OE高时数据线处于高阻状态写允许线 W E为低时将数据总线上的数据写人 C E下降沿锁存的地址对应单元电源+5 V地

的,且无 AL并 E锁存信号,以, R所 F AM的接口设计不能简单地移植到 D P的接口设计上 . S在 1导同步心电图机设计上,应用 2

~VDDVS S

TMS 2 F 8 2作为主控芯片外扩了 4片 F 8 O 3O21 M1 L 8存储器,中 2片构成 3 k*1 bt程序存储器,其 2 6i用来存放程序和系统默认配置参数 (益设置,印格增打式,纸速度等等 )另外 2片则构成 3 k*1 bt走, 2 6 i数据存储器,放采集的 1存 2导联心电数据 .利用F AM非易失性,写无延迟的特点,设计可以 R读该

实现开机前的系统默认配置参数快速修改,现较实好的人机对话;机后最后一次患者数据在下一次关

开机前无丢失便于数据的传送及后续处理 .根据 F 8 0 M1 L 8读写时序可知在每一个读写周从表 1和表 2可以看出 F 8 0 M1 L 8管脚及读写期开始要求产生 C E下降沿,因而可以知道产生读写周期时 XWE和 XR中必有一个存在由高变低 D

操作与 6 2 6相似, 25但使用上还是有一定的差别的 .用户在设计系统或编写程序时须注意以下几点[: 4] ( ) M1 L 8内含地址锁存器, C 1F 8 0在 E下降沿锁存地址,且还利用 C并 E为高电平以产生必要的预充电时间,这就要求每次内存存取都必须确保 C E

的变化,因此,以考虑应用 X可 WE xR和片选信, D号通过逻辑器件产生片选信号,即将 XWE和 X D R

相""与存储空间的片选信号相""为与后或作 F 80 M1 L 8的片选信号 C同时,了防止上电或复 E,为位期间对存储器的误操作,复位信号也用来控制将C E.根据上面的分析,计电路如图 2所示 .设

产生一次由高向低的跃变,以不能像 S AM那样所 R将 C直接接地 . E

( ) S AM地址锁存后地址值改变不会影响 2与 R内

存操作不同, M1L 8 AI址在锁存后可能会 F 8 0Z地随着地址线内容变化而发生变化,以编程时在 C 所 E

4总结 F AM因其低功耗,写无延迟及 E P OM R读 E R

下降沿将地址锁存后,址值必须满足保持时间参地

无法比拟的百亿次读写次数等特性,广泛地应用而

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于工业控制设备及系统,自动化仪器仪表,通讯设备

应用 F RAM可去掉原有的掉电检测电路及后备电池.降低了软硬件开销,且解除了电池容量不足和并

中[其主要应用可以总结如下:引,' ( )数据的采集或记录 .用于 E P OM, 1 E R F A H的写入次数或速度无法满足的数据采集系 L S

化学液泄漏的问题,高了系统的可靠性 .提总之,电存储器作为新一代非易失性记忆体,铁 无论其写入速度还是数据的安全性都可以得到很好的保证,而且已经在国外的地铁系统,表系统及抄 I T等各种行业中得到广泛的应用,目前国内也开始在仪表和一些特殊的场合应用 .F AM鲜明的特 R点为智能仪器特别是便携式设备的开发提供了更多

统 .如医疗仪器,非接触式智能卡,匣子等 .黑

的选择,着集成度的提高,本的下降,F随成 RAM必将成为"主流存储器"广泛应用的数据采集系而

统,自动化控制和工控系统中,从而给整个电子设计领域带来新的变革 .参考文献:

[]华胃公司 .电存储器 F 8 8计应用参考[ . 1铁 M10设 M]深圳:圳市华胃科技有限公司,0 1 1 .深 2 0:—6

[] T . MS 2 F 8 2Dgtl i a P oesr aa n 2 IT 30 2 1 ii g l rcsos t Ma— aS n D围 2 DS和 F 8 0 P M1 L 8的接口电路

ul P S 7JM] 2 0:4 a S R I 4I . 0 12 . []江思敏. 3 TMS 2L 20 DS引脚开发教程[]北 30 F 4x P M .京:械工业出版杜, 0 3 3 5机 2 0:0 .

() 2存储配置参数 .在以往设计中应用 E P E— R OM来存储参数存储,限于写入次数,但只有在侦测到掉电时才可将参数存储,可靠性无法得到保证, 而 F AM高达 1 0亿次读写次数,得工程师可以 R 0使实时记录最新的配置参数 .

[]苏涛,建隆,学瑞. S 4蔡何 D P接口电路设计与编程[ . M]西安:安电子科技大学出版杜,0 3 9 .西 2 0:9

[]郑春华 .电存储器 F AM及其与 MC的接口技 5铁 R U术 .片机及嵌入式系统, 0 0 1 .单 2 0 ( )

() 3取代 S AM .在 NVS AM的应用场合, R R

(接第 4上 7页 )fn t n n m— i d ( u ci u f ls ){/获

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参考文献:—

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[] P 4手册 1 HP[] te d d bay 2 h o bl rr a i[] p pi的 d— s1ic 3 hl b中 b msq. n

)