FM24CL16B — сегнетоэлектрическая память FRAM с шиной I²C

Выводы

Подтяжка WP к земле — нелинейная: 40 кОм и больше, пока на выводе ноль, и не меньше 1 МОм, когда единица (примечание 3 к табл. DC). Наш вывод: свободный WP — это разрешённая запись, а для защиты его надо соединить с VDD. Площадку корпуса DFN, в отличие от большинства безвыводных корпусов, Cypress прямо советует не паять (с. 3). Корпус SOIC-8 описан чертежом Cypress 51-85066 *I, DFN-8 4,0 × 4,5 × 0,8 мм — 001-85260 *B.

Адрес и обмен по шине

Первый байт после START — адрес устройства (рис. 7): биты 7–4 — 1010, биты 3–1 — номер 256-байтной страницы, бит 0 — направление (0 — запись, 1 — чтение). Второй байт при записи — младшие 8 бит адреса внутри страницы, вместе получается 11-битный адрес 000h–7FFh. Наш вывод: в 7-битной записи библиотек микросхема отвечает на все адреса от 0x50 до 0x57, по одному на страницу, поэтому на одной шине может быть только одна FM24CL16B и никаких других устройств на этих адресах. Как устроены адреса на шине, рассказано в статье «Адрес I²C».

• Запись: START, адрес устройства с битом 0, адрес байта, данные — сколько угодно байт подряд, STOP. После 7FFh адрес переходит к 000h. Страничного буфера нет: каждый байт записывается в массив сразу после восьмого бита, ещё до подтверждения.
• Чтение с текущего адреса: START, адрес устройства с битом 1, затем байты, пока ведущий отвечает ACK. Последний байт заканчивают NACK и STOP — иначе память продолжит выдавать данные и столкнётся с командой ведущего.
• Чтение с произвольного адреса: начать запись (адрес устройства и адрес байта), затем повторный START и чтение с текущего адреса.

Наш вывод: код для 24LC256 и других EEPROM на 32 Кбайта с двумя байтами адреса здесь не подходит — нужен драйвер в стиле 24C16, где старшие биты адреса уходят в адрес устройства. Пошаговый разбор транзакций — в инструменте «Транзакция I²C».

Параметры

Условия — VDD 2,7–3,65 В, −40…+85 °C (табл. DC и AC, с. 9–11).

Предельные режимы (с. 9): VDD от −1,0 до +5,0 В; входы от −1,0 до +5,0 В и не выше VDD + 1,0 В — кроме SCL и SDA, на которые это последнее ограничение не распространяется; ESD 2 кВ по модели тела человека и 500 В по CDM. Тепловое сопротивление кристалл — среда — 147 °C/Вт у SOIC-8.

Наш вывод: SCL и SDA выдерживают до 5,0 В, но это предельный режим, а единица по рабочим условиям — не выше VDD + 0,3 В. На шину с подтяжкой к 5 В память ставят через преобразователь уровней. Подтяжку выбирают по формуле на рис. 3: R_min = (VDD − V_{OL max}) / I_OL; наш расчёт для 3,3 В — (3,3 − 0,4) / 3 мА ≈ 0,97 кОм; дальше помогает калькулятор подтяжки I²C.

Ресурс и хранение

FRAM читает с разрушением и сразу восстанавливает ячейки, поэтому ресурс тратят и чтения, и записи (раздел Endurance, с. 8). Обращение расходует один цикл целой строки: строка — 64 бита, новая начинается на каждой границе 8 байт. Совет даташита — разносить часто используемые данные по разным строкам. Пример оттуда: даже 3000 обращений в секунду к одной строке набирают 10¹² циклов только за 10 лет.

Наш расчёт: при 10¹⁴ циклах и 3000 обращений в секунду до исчерпания ресурса — около 1057 лет; при записи раз в секунду — около 3 миллионов лет. У EEPROM с ресурсом 1 000 000 циклов запись раз в секунду в одну ячейку исчерпает её за 11,6 суток, поэтому для EEPROM пишут код выравнивания износа, а для FRAM он не нужен.

Хранение зависит от температуры: 10 лет при 85 °C, 38 лет при 75 °C и 151 год при 65 °C. Встроенной защиты от провалов питания нет, кроме простого сброса при включении: Cypress прямо пишет, что держать VDD в допуске — забота системы, а после провала ниже минимума перед следующей операцией нужно послать START (с. 4).

FRAM и EEPROM

Наш вывод: FRAM выигрывает там, где пишут часто или нужно успеть записать данные при пропадании питания — запись байта на 1 МГц занимает микросекунды, а не миллисекунды. EEPROM дешевле на килобайт, допускает 5 В и дольше хранит данные. Для больших буферов, которым не нужна энергонезависимость, подходит SPI SRAM 23LC1024.

Расхождения в документации

• Тепловое сопротивление DFN. Таблица на с. 10 даёт для DFN-8 θ_JA = 28 °C/Вт против 147 °C/Вт у SOIC-8, хотя на с. 3 сказано, что открытая площадка DFN не соединена с кристаллом и паять её на плату не нужно. Без пайки площадки такой отвод тепла в плату объяснить нечем; наш вывод — для DFN число 28 °C/Вт относится к другим условиям или ошибочно, и для расчёта надёжнее брать значение SOIC-8.
• Пример ресурса. Раздел Endurance иллюстрирует ресурс 10¹² циклами за 10 лет, хотя таблица на с. 10 обещает 10¹⁴; пример, по-видимому, остался от прежней версии.
• Имя микросхемы. В разделе Endurance дважды написано FM24C16B (5-вольтовый вариант) вместо FM24CL16B, а рис. 3 подписан «Serial (I2C) nvSRAM».
• Температура кристалла. История ревизий: в *D добавлена максимальная температура кристалла, в *I удалена; в текущих предельных режимах её нет.
• Ток при работе. Свойства на с. 1 называют 100 мкА при 100 кГц «active current», в таблице DC это максимум, а не типовое значение.